Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JesseHNB_DISSERT.pdf: 2206144 bytes, checksum: 191ca3ce00f97e4019b5bdb2bc9ab914 (MD5) Previous issue date: 2012-10-18 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The vision is one of the five senses of the human body and, in children is responsible for up to 80% of the perception of world around. Studies show that 50% of children with multiple disabilities have some visual impairment, and 4% of all children are diagnosed with strabismus. The strabismus is an eye disability associated with handling capacity of the eye, defined as any deviation from perfect ocular alignment. Besides of aesthetic aspect, the child may report blurred or double vision . Ophthalmological cases not diagnosed correctly are reasons for many school abandonments. The Ministry of Education of Brazil points to the visually impaired as a challenge to the educators of children, particularly in literacy process. The traditional eye examination for diagnosis of strabismus can be accomplished by inducing the eye movements through the doctor s instructions to the patient. This procedure can be played through the computer aided analysis of images captured on video. This paper presents a proposal for distributed system to assist health professionals in remote diagnosis of visual impairment associated with motor abilities of the eye, such as strabismus. It is hoped through this proposal to contribute improving the rates of school learning for children, allowing better diagnosis and, consequently, the student accompaniment / A vis?o ? um dos cinco sentidos do corpo humano e, em crian?as, ? respons?vel por at? 80% da percep??o do mundo ao redor. Estudos revelam que 50% das crian?as com m?ltiplas defici?ncias possuem alguma defici?ncia visual, sendo que 4% de todas as crian?as s?o diagnosticadas com estrabismo. O estrabismo ? uma defici?ncia ocular associada ? capacidade de movimenta??o dos olhos, caracterizada por qualquer desvio no alinhamento ocular perfeito. Al?m do aspecto est?tico, a crian?a pode relatar vista emba?ada ou dupla . Problemas oftalmol?gicos n?o diagnosticados corretamente s?o motivos de muitos abandonos da escola. O Minist?rio da Educa??o do Brasil aponta as defici?ncias visuais como um grande desafio aos educadores de crian?as, principalmente no processo de alfabetiza??o. O exame oftalmol?gico tradicional para diagn?stico do estrabismo pode ser realizado induzindo os movimentos oculares atrav?s de instru??es do m?dico ao paciente. Esse procedimento pode ser reproduzido com aux?lio computacional atrav?s da an?lise de imagens capturadas em v?deo. Este trabalho apresenta uma proposta de sistema de teleoftalmologia para auxiliar profissionais da sa?de no diagn?stico a dist?ncia de defici?ncias visuais associadas ? capacidade motora dos olhos, como o estrabismo. Espera-se atrav?s deste trabalho contribuir diretamente para a melhoria dos ?ndices do aprendizado escolar infantil, permitindo melhores condi??es de diagn?stico e, consequentemente, acompanhamento do aluno

La présente thèse traite de méthodes en microscopie holographique numérique (MHN) en couleurs, avec un éclairage de cohérence spatiale partielle. Le principal inconvénient de la microscopie optique classique est sa faible profondeur de champ, rendant difficile l’observation de phénomènes dynamiques dans des échantillons épais. Au contraire, la MHN offre une reconstruction en profondeur grâce à la propagation numérique de l’hologramme. La MHN interférométrique donne aussi le contraste quantitatif de la phase, utile pour analyser des objets transparents. Un éclairage à plusieurs longueurs d’onde dans une configuration appropriée permet la MHN en couleurs. L’imagerie en flux et en couleurs de particules en MHN est ici développée, avec une méthode pour la correction automatique de la balance des couleurs et des défauts permanents. Elle est appliquée pour l’analyse du plancton dans des échantillons d’eau de surface et fournit des images de haute qualité pour les intensité et phase optiques. En outre, la réduction du bruit obtenue en diminuant la cohérence spatiale de l’éclairage en MHN est également étudiée, avec deux modèles évaluant quantitativement ce phénomène en fonction de la cohérence spatiale de la lumière et de la distance entre la source de bruit et le plan d’enregistrement. De plus, la MHN différentielle est aussi abordée. Celle-ci fournit les phases différentielles, la phase étant calculée par intégration. Cependant, les défauts présents conduisent à des aberrations lors du calcul de la phase, qui affectent sa qualité et empêchent la reconstruction holographique. Un traitement spécifique est développé, permettant la reconstruction numérique en profondeur. Enfin, en MHN, un critère est essentiel pour déterminer automatiquement la distance de netteté de l’objet. Deux critères de netteté sont ici mis au point, fonctionnant indépendamment de la nature de l’objet observé (amplitude, phase ou mixte). L’un, monochromatique, est basé sur l’analyse de l’amplitude et sur un filtrage passe-haut ;l’autre, qui détecte rapidement le plan de netteté en MHN en couleurs, compare la phase dans le domaine de Fourier entre les couleurs. Les méthodes développées dans la thèse montrent le potentiel élevé de la MHN en couleurs avec un éclairage partiellement cohérent spatialement, suggérant un avenir prometteur pour cette technique. / The thesis deals with methods and developments in color digital holographic microscopy (DHM), with a partial spatial coherence illumination. The principal drawback of classical optical microscopy is its poor depth of field, which makes difficult the observation of dynamic phenomena in thick samples. On the contrary, DHM provides reconstruction in depth thanks to numeric propagation of the recorded hologram. Another feature of interferometric DHM is the quantitative phase contrast imaging, useful for analyzing transparent objects. Usual DHM is limited to monochromatic case, but multispectral illumination in an appropriate setup leads to color DHM. Color in-flow imaging of particles in DHM is developed in the thesis, with a method for the automatic correction of color balance and permanent defects. It is applied to analyze plankton microorganisms in untreated pond water samples, and provides high quality images, for both optical phase and intensity. Moreover, noise reduction obtained when decreasing the spatial coherence of the illumination in DHM is also investigated in the thesis, with the development of two models that quantitatively assess the noise reduction as a function of both the spatial coherence of the illumination, and the defocus distance of the noise source. Furthermore, differential DHM (DDHM) is also studied in the thesis. As DHM gives the optical phase, DDHM provides differential phases, from which phase is retrieved by integration. However, misalignments and defects give some aberrations, which affect phase quality and hinder refocusing. A specific hologram processing is developed, giving an accurate phase image and enabling holographic reconstruction in depth. Finally, in DHM, a criterion is essential to automatically achieve the refocusing distance of the object. Two refocusing criteria are developed in the thesis, both working independently of the nature of the observed object (amplitude, phase, or both mixed). The first one, monochromatic, is based on amplitude analysis and on a high-pass filtering process. The second one, which gives fast refocusing in multispectral DHM, compares the phase in the Fourier domain among wavelengths. Methods developed in the thesis show the high potential of color DHM with a partial spatial coherence illumination, suggesting a promising future for this technique. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Rozpoznávanie tvárí je komplexný proces, ktorého hlavným ciežom je rozpoznanie žudskej tváre v obrázku alebo vo video sekvencii. Najčastejšími aplikáciami sú sledovacie a identifikačné systémy. Taktiež je rozpoznávanie tvárí dôležité vo výskume počítačového videnia a umelej inteligencií. Systémy rozpoznávania tvárí sú často založené na analýze obrazu alebo na neurónových sieťach. Táto práca sa zaoberá implementáciou algoritmu založeného na takzvaných „Eigenfaces“ tvárach. „Eigenfaces“ tváre sú výsledkom Analýzy hlavných komponent (Principal Component Analysis - PCA), ktorá extrahuje najdôležitejšie tvárové črty z originálneho obrázku. Táto metóda je založená na riešení lineárnej maticovej rovnice, kde zo známej kovariančnej matice sa počítajú takzvané „eigenvalues“ a „eigenvectors“, v preklade vlastné hodnoty a vlastné vektory. Tvár, ktorá má byť rozpoznaná, sa premietne do takzvaného „eigenspace“ (priestor vlastných hodnôt). Vlastné rozpoznanie je na základe porovnania takýchto tvárí s existujúcou databázou tvárí, ktorá je premietnutá do rovnakého „eigenspace“. Pred procesom rozpoznávania tvárí, musí byť tvár lokalizovaná v obrázku a upravená (normalizácia, kompenzácia svetelných podmienok a odstránenie šumu). Existuje mnoho algoritmov na lokalizáciu tváre, ale v tejto práci je použitý algoritmus lokalizácie tváre na základe farby žudskej pokožky, ktorý je rýchly a postačujúci pre túto aplikáciu. Algoritmy rozpoznávania tváre a lokalizácie tváre sú implementované do DSP procesoru Blackfin ADSP-BF561 od Analog Devices.

<p>Energy minimization approach is widely used in image processing applications.<br />Many image processing problems can be modelled in a form of a minimization<br />problem. This thesis deals with two crucial tasks of image analysis workflows:<br />image restoration and segmentation of images corrupted by blur and noise. Both<br />image restoration and segmentation are modelled as energy minimization<br />problems, where energy function is composed of two parts: data fidelity term and<br />regularization term. The main contribution of this thesis is development of new<br />data fidelity and regularization terms for both image restoration and<br />segmentation tasks.<br />Image restoration methods (non-blind and blind deconvolution and superresolution<br />reconstruction) developed within this thesis are suited for mixed<br />Poisson-Gaussian noise which is encountered in many realistic imaging<br />conditions. We use generalized Anscombe variance stabilization transformation<br />for removing signal-dependency of noise. We propose novel data fidelity term<br />which incorporates variance stabilization transformation process into account.<br />Turning our attention to the regularization term for image restoration, we<br />investigate how sparsity promoting regularization in the gradient domain<br />formulated as Total Variation, can be improved in the presence of blur and mixed<br />Poisson-Gaussian noise. We found that Huber potential function leads to<br />significant improvement of restoration performance.<br />In this thesis we propose new segmentation method, the so called coverage<br />segmentation, which estimates the relative coverage of each pixel in a sensed<br />image by each image component. Its data fidelity term takes into account<br />blurring and down-sampling processes and in that way it provides robust<br />segmentation in the presence of blur, allowing at the same time segmentation at<br />increased spatial resolution. In addition, new sparsity promoting regularization<br />terms are suggested: (i) Huberized Total Variation which provides smooth object<br />boundaries and noise removal, and (ii) non-edge image fuzziness, which<br />responds to an assumption that imaged objects are crisp and that fuzziness is<br />mainly due to the imaging and digitization process.<br />The applicability of here proposed restoration and coverage segmentation<br />methods is demonstrated for Transmission Electron Microscopy image<br />enhancement and segmentation of micro-computed tomography and<br />hyperspectral images.</p> / <p>Поступак минимизације функције енергије је често коришћен за<br />решавање проблема у обради дигиталне слике. Предмет истраживања<br />тезе су два круцијална задатка дигиталне обраде слике: рестаурација и<br />сегментација слика деградираних шумом и замагљењем. И рестaурација<br />и сегментација су моделовани као проблеми минимизације функције<br />енергије која представља збир две функције: функције фитовања<br />података и регуларизационе функције. Главни допринос тезе је развој<br />нових функција фитовања података и нових регуларизационих функција<br />за рестаурацију и сегментацију.<br />Методе за рестаурацију (оне код којих је функција замагљења позната и<br />код којих је функцију замагљења потребно оценити на основу датих<br />података као и методе за реконструкцију слике у супер-резолуцији)<br />развијене у оквиру ове тезе третирају мешавину Поасоновог и Гаусовог<br />шума који се појављује у многобројним реалистичним сценаријима. За<br />третирање такве врсте шума користили смо нелинеарну трансформацију<br />и предложили смо нову функцију фитовања података која узима у обзир<br />такву трансформацију. У вези са регуларизационим функцијама смо<br />тестирали хипотезу да се функција Тоталне Варијације која промовише<br />ретку слику у градијентном домену може побољшати уколико се користе<br />тзв. потенцијалне функције. Показали смо да се употребом Хуберове<br />потенцијалне функције може значајно побољшати квалитет рестауриране<br />слике која је деградирана замагљењем и мешавином Поасоновог и<br />Гаусовог шума.<br />У оквиру тезе смо предложили нову методу сегментације која допушта<br />делимичну покривеност пиксела објектом. Функција фитовања података<br />ове методе укључује и модел замагљења и смањења резолуције. На тај<br />начин је постигнута робустност сегментације у присуству замагљења и<br />добијена могућност сегментирања слике у супер-резолуцији. Додатно,<br />нове регуларизационе функције које промовишу ретке репрезентације<br />слике су предложене.<br />Предложене методе рестаурације и сегментације која допушта делимичну<br />покривеност пиксела објектом су примењене на слике добијене помоћу<br />електронског микроскопа, хиперспектралне слике и медицинске ЦТ слике.</p> / <p>Postupak minimizacije funkcije energije je često korišćen za<br />rešavanje problema u obradi digitalne slike. Predmet istraživanja<br />teze su dva krucijalna zadatka digitalne obrade slike: restauracija i<br />segmentacija slika degradiranih šumom i zamagljenjem. I restauracija<br />i segmentacija su modelovani kao problemi minimizacije funkcije<br />energije koja predstavlja zbir dve funkcije: funkcije fitovanja<br />podataka i regularizacione funkcije. Glavni doprinos teze je razvoj<br />novih funkcija fitovanja podataka i novih regularizacionih funkcija<br />za restauraciju i segmentaciju.<br />Metode za restauraciju (one kod kojih je funkcija zamagljenja poznata i<br />kod kojih je funkciju zamagljenja potrebno oceniti na osnovu datih<br />podataka kao i metode za rekonstrukciju slike u super-rezoluciji)<br />razvijene u okviru ove teze tretiraju mešavinu Poasonovog i Gausovog<br />šuma koji se pojavljuje u mnogobrojnim realističnim scenarijima. Za<br />tretiranje takve vrste šuma koristili smo nelinearnu transformaciju<br />i predložili smo novu funkciju fitovanja podataka koja uzima u obzir<br />takvu transformaciju. U vezi sa regularizacionim funkcijama smo<br />testirali hipotezu da se funkcija Totalne Varijacije koja promoviše<br />retku sliku u gradijentnom domenu može poboljšati ukoliko se koriste<br />tzv. potencijalne funkcije. Pokazali smo da se upotrebom Huberove<br />potencijalne funkcije može značajno poboljšati kvalitet restaurirane<br />slike koja je degradirana zamagljenjem i mešavinom Poasonovog i<br />Gausovog šuma.<br />U okviru teze smo predložili novu metodu segmentacije koja dopušta<br />delimičnu pokrivenost piksela objektom. Funkcija fitovanja podataka<br />ove metode uključuje i model zamagljenja i smanjenja rezolucije. Na taj<br />način je postignuta robustnost segmentacije u prisustvu zamagljenja i<br />dobijena mogućnost segmentiranja slike u super-rezoluciji. Dodatno,<br />nove regularizacione funkcije koje promovišu retke reprezentacije<br />slike su predložene.<br />Predložene metode restauracije i segmentacije koja dopušta delimičnu<br />pokrivenost piksela objektom su primenjene na slike dobijene pomoću<br />elektronskog mikroskopa, hiperspektralne slike i medicinske CT slike.</p>

The thesis deals with eye blink detection, which is part of complex topic of face detection and recognition. The work intents on digital image processing. There is analyse of the topic and description of image databases for testing. Two main chapters describe design of eye blink detection with digital image processing with IR technology and without IR technology.

Im Rahmen der vorliegenden Dissertationsschrift „Semi-quantitative röntgentomographische Untersuchungen zur Biodistribution von magnetischen Nanopartikeln in biologischem Gewebe“ wurden tomographische Untersuchungen an biologischen Objekten durchgeführt. Bei diesen Objekten handelt es sich um Gewebeproben nach minimal-invasiven Krebstherapien wie zum Beispiel magnetischem Drug Targeting und magnetischer Wärmebehandlung. Der Erfolg dieser Therapien ist sowohl abhängig von der korrekten Verteilung der magnetischen Nanopartikel als auch von der Tatsache, dass diese in der Zielregion in einer ausreichenden Menge vorhanden sind. Das Vorliegen dieser beiden Voraussetzungen ist in der vorliegenden Arbeit untersucht worden. Dabei lag der Schwerpunkt der Arbeit auf der Quantifizierung von magnetischem Material in unterschiedlichen biologischen Gewebeproben mittels Röntgenmikrocomputertomographie (XµCT). Für diesen Zweck wurde ein Kalibrationssystem mit speziellen Phantomen entwickelt, mit dessen Hilfe eine Nanopartikelkonzentration einem Grauwert voxelweise zugewiesen werden kann. Mit Hilfe der Kalibration kann der Nanopartikelgehalt sowohl in monochromatischen als auch in polychromatischen tomographischen Daten im Vergleich zu magnetorelaxometrischen Ergebnissen mit wenigen Prozent Abweichung ermittelt werden. Trotz Polychromasie und damit einhergehenden Artefakten können 3-dimensionale röntgentomographische Datensätze mit einer geringfügigen Konzentrationsabweichung im Vergleich zur quantitativen Messmethode Magnetorelaxometrie semi-quantitativ ausgewertet werden. / The success of the minimal invasive cancer therapies, called magnetic drug targeting and magnetic heating treatment, depends strongly on the correct distribution of the magnetic nanoparticles on one side. On the other side it depends on the fact that a sufficient amount of magnetic nanoparticles carrying drugs is accumulated in the target region. To study whether these two requirements are fulfilled motivates this PhD thesis „Semi-quantitative X-ray-tomography examinations of biodistribution of magnetic nanoparticles in biological tissues“. The analysis of the distribution of the magnetic nanoparticles in tumours and other tissue examples is realized by means of X-ray-micro computer tomography (XμCT). The work focuses on the quantification of the magnetic nanoparticles in different biological tissue samples by means of XµCT. A calibration of the tomographic devices with adequate phantoms, developed in the frame of this work, opens now the possibility to analyze tomographic data in a semi-quantitative manner. Thus, the nanoparticle concentration can be allocated voxel-wise to the grey values of the three-dimensional tomographic data. With the help of calibration of the tomography equipments used, polychromatic as well as monochromatic three-dimensional representations of objects can be analyzed with regard to the biodistribution of magnetic nanoparticles as well as with regard to their quantity. The semi-quantitative results have been compared with results obtained with a quantitative measurement method magnetorelaxometry (MRX). Thereby a good agreement of the semi-quantitative and quantitative data has been figured out.

Im Rahmen der vorliegenden Dissertationsschrift „Semi-quantitative röntgentomographische Untersuchungen zur Biodistribution von magnetischen Nanopartikeln in biologischem Gewebe“ wurden tomographische Untersuchungen an biologischen Objekten durchgeführt. Bei diesen Objekten handelt es sich um Gewebeproben nach minimal-invasiven Krebstherapien wie zum Beispiel magnetischem Drug Targeting und magnetischer Wärmebehandlung. Der Erfolg dieser Therapien ist sowohl abhängig von der korrekten Verteilung der magnetischen Nanopartikel als auch von der Tatsache, dass diese in der Zielregion in einer ausreichenden Menge vorhanden sind. Das Vorliegen dieser beiden Voraussetzungen ist in der vorliegenden Arbeit untersucht worden. Dabei lag der Schwerpunkt der Arbeit auf der Quantifizierung von magnetischem Material in unterschiedlichen biologischen Gewebeproben mittels Röntgenmikrocomputertomographie (XµCT). Für diesen Zweck wurde ein Kalibrationssystem mit speziellen Phantomen entwickelt, mit dessen Hilfe eine Nanopartikelkonzentration einem Grauwert voxelweise zugewiesen werden kann. Mit Hilfe der Kalibration kann der Nanopartikelgehalt sowohl in monochromatischen als auch in polychromatischen tomographischen Daten im Vergleich zu magnetorelaxometrischen Ergebnissen mit wenigen Prozent Abweichung ermittelt werden. Trotz Polychromasie und damit einhergehenden Artefakten können 3-dimensionale röntgentomographische Datensätze mit einer geringfügigen Konzentrationsabweichung im Vergleich zur quantitativen Messmethode Magnetorelaxometrie semi-quantitativ ausgewertet werden. / The success of the minimal invasive cancer therapies, called magnetic drug targeting and magnetic heating treatment, depends strongly on the correct distribution of the magnetic nanoparticles on one side. On the other side it depends on the fact that a sufficient amount of magnetic nanoparticles carrying drugs is accumulated in the target region. To study whether these two requirements are fulfilled motivates this PhD thesis „Semi-quantitative X-ray-tomography examinations of biodistribution of magnetic nanoparticles in biological tissues“. The analysis of the distribution of the magnetic nanoparticles in tumours and other tissue examples is realized by means of X-ray-micro computer tomography (XμCT). The work focuses on the quantification of the magnetic nanoparticles in different biological tissue samples by means of XµCT. A calibration of the tomographic devices with adequate phantoms, developed in the frame of this work, opens now the possibility to analyze tomographic data in a semi-quantitative manner. Thus, the nanoparticle concentration can be allocated voxel-wise to the grey values of the three-dimensional tomographic data. With the help of calibration of the tomography equipments used, polychromatic as well as monochromatic three-dimensional representations of objects can be analyzed with regard to the biodistribution of magnetic nanoparticles as well as with regard to their quantity. The semi-quantitative results have been compared with results obtained with a quantitative measurement method magnetorelaxometry (MRX). Thereby a good agreement of the semi-quantitative and quantitative data has been figured out.