Proyectos
Códigos Cadena
Códigos Cadena 3D
Ernesto BribiescaLa representación de objetos tridimensionales es un tema importante en las áreas de reconocimiento de patrones y visión computacional. Este trabajo trata con el análisis y descripción de objetos simples voxelizados homeomórficos a la esfera. Para un sólido binario, la superficie que lo encierra se obtiene y se describe por medio de la codificación de un ciclo Hamiltoniano en tal superficie. Los métodos de código cadena son ampliamente usados porque preservan la información y permiten una reducción considerable de los datos. Adicionalmente, las cadenas usan un alfabeto finito y permiten el uso de técnicas gramaticales para análisis de objetos y transformaciones morfológicas.
Big Data
Generación automática de resúmenes de video a gran escala
Gibrán FuentesEl uso generalizado de cámaras digitales, la proliferación de teléfonos inteligentes, la amplia conectividad a Internet, los servicios en línea y las redes sociales, han provocado un crecimiento exponencial en la cantidad de videos generados. Por ejemplo, en la actualidad cada minuto en YouTube se suben 300 horas de video, lo que equivale a 3 millones de horas a la semana. Desafortunadamente en muchos casos la cantidad exorbitante de videos se traduce en una sobrecarga de información para los usuarios, esto es, se vuelve difícil encontrar aquellos que realmente son de interés dentro de todo el universo de videos existentes. Esto ha provocado el surgimiento de nuevas estrategias para explorar estas colecciones de forma más eficaz e intuitiva. Una de estas estrategias es mostrar a los usuarios un resumen usando segmentos relevantes o imágenes representativas. Debido a la gran cantidad de videos, la generación automática de estos resúmenes es indispensable. Además de ofrecer un mecanismo más eficaz e intuitivo para explorar colecciones masivas de video, la generación automática de resúmenes tiene aplicaciones en la elaboración de vistas previas de películas o series de televisión, la creación de resúmenes de eventos deportivos y la extracción de eventos relevantes en grabaciones de seguridad.
Minería de Objetos en Grandes Colecciones de Imágenes
Gibrán FuentesEn la actualidad es común encontrar grandes colecciones de imágenes. Usualmente, estas colecciones se organizan usando etiquetas generadas manualmente. Sin embargo, este proceso es muy costoso y frecuentemente las etiquetas no proporcionan una descripción precisa del contenido de la imagen. Este proyecto busca diseñar métodos escalables de extracción automática de objetos en grandes colecciones de imágenes, los cuales pueden servir para generar descripciones más compactas de las imágenes basándose en los objetos que contienen.
Segmentación
Segmentación Difusa
Edgar GarduñoSe ha estado trabajando en un método de segmentación basado en teoría de conjuntos difusos (por simplicidad, nos referiremos a este método como segmentación difusa). El algoritmo de segmentación difusa es un algoritmo semi-automático de crecimiento de regiones que asigna a cada elemento en una imagen (posiblemente corrompida por ruido o sombras) un grado de pertenencia a un objeto.
Este método ha tenido una experiencia exitosa usando técnicas de segmentación basadas en teoría de conjuntos difusos en la comunidad de imagenología médica. Particularmente, este método se ha usado para producir buenas segmentaciones de funciones de densidad ruidos y reconstruidas generadas por tomografía de emisión de positrones y microscopía de transmisión de electrones (modalidades de imagenología caracterizadas por una baja tasa señal-ruido).
Actualmente, se está trabajando en extender su uso a diferentes campos tales como la visualización y la imagenología fotoacústica.
Volver arribaReconstrucción
Reconstrución de Microscopía Electrónica de Transmisión
Edgar GarduñoLas macromoléculas biológicas son los componenetes estructurales principales que construyen la materia. Este grupo de moléculas consiste en cuatro grandes subclases: proteínas, ácidos nucleícos, polisacaridos y lípidos. Todas estas macromoléculas exhiben una estructura compleja que determina la interacción de la macromolécula con ella misma y con otras. Particularmente, las proteínas tienen un rol funcional que no está presente en las otras tres macromoléculas. Diferentes proteínas pueden llevar a cabo sus diversas funciones debido al amplio rango de configuraciones que pueden presentar. De hecho, se cree que esa especialización se debe mayormente a la estructura que poseen.
La tecnología de Microscopía Electrónica (TEM) ha sido usada comúnmente para obtener reconstrucciones de estructuras macromoleculares debido a la significativa información que ésta produce. Las Técnicas de Reconstrucción Algebraicas (ART) son métodos para la reconstrucción de complejos macromoleculares en TEM. El proceso de reconstruir un complejo macromolecular produce arreglos tridimensionales de números reales representando el complejo. Las reconstrucciones con ART producen volúmenes expresados como combinaciones lineales de funciones base. Recientemente, funciones esféricamente simétricas (blobs) han mostrado ser funciones base eficaces para la reconstrucción. A pesar del desempeño superior de ART hay muchos problemas que desalientan su uso frecuente entre biólogos. Se está trabajando en diferentes aspectos para mejorar el rendimiento y los resultados producidos por esta metodología en TEM.
Volver arribaSuperiorización
Edgar GarduñoEn una típica apliación física, se usa la optimización con restricciones, donde las restricciones vienen del deseo de producir una solución que sea compatible con las mismas, en el sentido de cumplir los requerimientos provistos por la física u obtenidos por las restricciones. Por ejemplo, en tomografía, las restricciones vienen de las lecturas del detector del instrumento.
En tales aplicaciones, típicamente se considera que un gran número de soluciones son suficientemente buenas desde el punto de vista de ser compatibles con las restricciones; en gran medida, pero no completamente, debido a que existe cierta incertidumbre de la naturaleza exacta de las restricciones (por ejemplo, debido a ruido en la recolección de los datos). En tal caso, un criterio de optimización se introduce para ayudar a distinguir las "mejores" soluciones compatibles con las restricciones.
La metodología de la superiorización es un enfoque heurístico que se ha desarrollado recientemente para la optimización. La palabra heurística se usa aquí en el sentido de que el proceso no garantiza guiar a un óptimo de acuerdo al criterio dado; las aproximaciones dirigidas a procesos que están garantizados en ese sentido normalmente son llamados como exactas. Los enfoques heurísticos han demostrado ser útiles en aplicaciones prácticas de optimización, principalmente porque suelen ser menos costosas computacionalmente que sus contrapartes exactas, sin embargo proporcionan soluciones apropiadas para la aplicación en cuestión.
Un aspecto importante de la metodología de superiorización es que provee un proceso automatizado para volver un algoritmo iterativo para producir imágenes que satisfacen un criterio primario (tal como tener una alta probabilidad dadas las lecturas de un detector observado) en su versión superiorizada que será tan buena como el algoritmo original de acuerdo al criterio primario, pero adicionalmente produce imágenes que también son buenas de acuerdo a un criterio secundario. El algoritmo superiorizado entrelaza los pasos iterativos del algoritmo original para satisfacer el criterio primario con algunos pasos, determinados automáticamente por la fórmula para el criterio secundario, que dirige el proceso a una solución apropiada para ambos criterios. La naturaleza automatizada de este enfoque puede ahorrar mucho tiempo y esfuerzo de un investigador cuando enfrenta una nueva tarea de optimización ya que no requiere el desarrollo de nuevas matemáticas para cada tarea nueva.
Volver arribaReconstrucción fotoacústica de medios heterogéneos
Verena Moock , Edgar GarduñoUn desafío en la reconstrucción de imágenes fotoacústicas es tomar en cuenta la presencia de medios acústicamente heterogéneos ya que tal condición se encuentra presente en las aplicaciones biomédicas. Sin embargo, para el propósito de hacer tomografía compurarizada a partir de proyecciones, es necesario tener una descripción de transporte lineal, esta tesis doctoral aborda la conjetura de que la propagación fotoacústica obedece la ecuación del telégrafo de Heaviside, considerando sucesos verificados experimentalmente que afectan la integridad de la información fotoacústica. Por medio de estimaciones numéricas, se aproximan las inversiones de la atenuación de la señal y dispersión del sonido en las mediciones y se deducen los datos de proyección. Un problema directo de dos dimensiones, imitando el mapa de absorción heterogénea de una imagen coronal de pecho humano, es simulado computacionalmente bajo la consideración de cuatro distintas ecuaciones de onda lineales. Como resultado, se logran expresiones analíticas de los efectos de de reflexión y blur en las imágenes reconstruidas. Esta estrategia de procesamiento de la proyección resulta provechosa para la calidad de la reconstrucción de imágenes y es independiente de la elección, como para restaurar la información fotoacústica. Además, se considera que la metodología propuesta puede extenderse a otras modalidades de tomografía de onda.
Volver arribaReconstrucción de imágenes 3D en tomografía computarizada por métodos fotoacústicos
Rosario Cruz , Edgar GarduñoEn años recientes se ha desarrollado investigación de tecnologías de imagenología biomédica con energía no-ionizante. Una de la tecnologías que ha recibido gran atención es la imagenología fotoacústica la cual se basa en el efecto fotoacústico.
El efecto fotoacústico consiste en la generación de ondas acústicas como resultado de la absorción de energía electromagnética por un medio de transmisión. Usualmente el tipo de energía electromagnética empleada consiste de ondas de radiofrecuencia y microondas.
Una de las formas de producción de imágenes provenientes del efecto fotoacústico es la tomografía. En su forma más típica, la tomografía fotoacústica utiliza conceptos y técnicas empleados para generar imágenes en otras modalidades de imagenología biomédica, tales como ultrasonido, rayos X y tomografías ópticas.
Debido a la naturaleza difractiva de las ondas ultrasónicas, la tomografía fotoacústica pertenece al campo de la tomografía difractiva, lo que lleva a requerir que los algoritmos para reconstruir imágenes de datos fotoacústicos sean más complejos que aquéllos empleados en la tomografía no difractiva. La principal ventaja de la tomografía fotoacústica es proporcionar buena resolución espacial y temporal usando técnicas no invasivas. Además, los costos de los equipos son menores a los empleados en otros tipos de tomografías. El objetivo principal de este proyecto es desarrollar e implementar un algoritmo eficiente de reconstrucción de imágenes mediante métodos fotoacústicos, en particular para el caso de imágenes tridimensionales.
Volver arribaInterfaz cerebro computadora
Montserrat Alvarado, Edgar GarduñoUna interfaz cerebro computadora (BCI) es un sistema que provee una comunicación no muscular entre un sujeto y un dispositivo de salida mediante señales cerebrales electroencefalográficas (EEG). Actualmente, esta tecnología ha surgido como una herramienta poderosa con diversas aplicaciones, tales como las usadas para deletrear una palabra, dar comandos de navegación, controlar un brazo mecánico, un ambiente virtual, o un avatar en un mundo virtual. Una aplicación particularmente interesante es el uso de las BCIs para asistir a personas con discapacidades neuromusculares graves como la esclerosis lateral amiotrófica (ALS).
Las BCIs operan con la actividad eléctrica cortical detectada, la cual es usada como entrada de los sistemas. Las actividades eléctricas corticales usadas en las BCIs pueden ser divididas en las siguientes categorías: potenciales corticales lentos (SCP), potenciales de estado estacionario (SSVEP), eventos relacionados a la descinronización (ERD), y potenciales relacionados a eventos (ERP).
El problema que estamos abordando consiste en encontrar características de las señales de ERP que nos permitan detectar cuando un sujeto desea dar una instrucción a un dispositivo. Actualmente estamos aplicando técnicas de reconocimiento de patrones que nos permitan resolver el problema de manera eficiente.
Volver arribaVisualización
Visualización de Objetos Biológicos Reconstruidos usando Blobs
Edgar GarduñoUna superficie implícita de una función de densidad es el conjunto de puntos en los cuales el valor de la función es igual a un umbral dado. Un objeto que es definido como la colección de puntos en los cuales el valor de la función de densidad es superior al umbral pueden ser visualizadas al desplegar la superficie implícita. Algunos métodos para la reconstrucción de imágenes de tejido biológico a partir de sus proyecciones produce funciones de densidad que están especificadas por una combinación lineal de funciones base de soporte finio que varían suavemente y son radialmente simétricas, conocidas como blobs. Cuando las funciones de densidad están determinadas por una representación de blob, las superficies implícitas varían suavemente y la normal en cualquier punto de dicha superficie puede ser analíticamente calculada. Esta propiedad puede utilizarse para producir visualizaciones de alta calidad usando raycasting. Aunque el raycasting tiende a ser computacionalmente costoso, se ha trabajado en una metodología que usa técnicas de graficación por computadora y procesamiento de imágenes para disminuir significativamente los costos de las visualización.
Volver arribaNormales Suaves con Blobs para Superficies a partir de Imágenes Binarias 3D
Caleb Rascón, Edgar GarduñoUna forma común de representar un objeto real en una pantalla de computadora es renderizar una malla poligonal extraída de una versión discretizada del objeto, típicamente una colección de elementos cúbicos continuos, o vóxeles cúbicos, cuyos valores son los de la función que representa al objeto en el centro de dichos vóxeles. Un algoritmo de detección de frontera que produce polígonos rectangulares representando las caras en la frontera provee una malla con propiedades matemáticas deseables. Sin embargo, los renderizados de las mallas producidas por este método generan representaciones de los objetos muy "cuadradas". En este trabajo, se presenta un método que genera mejores renderizados de dichas mallas asignando normales apropiadas a los vértices de la malla de cuadrilateros y toma ventaja de la forma en que los métodos de gráficos por computadora estándar renderizan imágenes. Las normales se asignan evaluando, en la ubicación de los vértices, el gradiente de un combinación linealde funciones suaves basadas en funciones Kaiser-Bessel que son esféricamente simétricas, tienen soporte compacto y son n-diferenciables. Usando principios de procesamiento de señales, pueden seleccionarse parámetros de estas funciones y asignar normales que producen representaciones de objetos suaves. Las renderizaciones producidas usando las normales calculadas por los métodos propuestos muestran superficies significativamente más suaves cuando se comparan con las renderizaciones producidas por los modelos originales basados en vóxeles.
Volver arribaFoto-realismo usando efectos de onda
Cinthya Ceja, Edgar GarduñoLos gráficos por computadora son un campo de las ciencias de la computación que se dedica al estudio de métodos para la creación y manipulación de contenido visual a través de la computadora.
Normalmente, los objetos graficados por computadora son más simples que sus contrapartes de la vida real, tanto en estructura como en apariencia. Sin embargo, ha crecido el interés y la importancia de generar escenas realistas en 3D; donde los términos como realismo y foto-realismo se usan para referirse a una imagen generada por computadora que captura de forma más o menos precisa los efectos de la luz al interactuar con los objetos físicos.
Una dificultad fundamental en lograr realismo visual total es la complejidad del mundo real. Los costos computacionales de simular los efectos necesarios puede ser alto, pero mejoras en software y hardware han permitido generar imágenes más realistas con menos tiempo de cálculo.
Dentro los modelos de iluminación realistas, se han destacado aquellos que modelan la luz como una partícula, sin embargo, existen varios efectos y fenómenos ópticos que no pueden simularse utilizando dichos modelos. Este proyecto propone modificar un modelo de iluminación global para incluir fenómenos generados debido al comportamiento de onda de la luz, enfocándonos particularmente en el modelado de fenómenos presentes en la luz de láser y de la polarización de la luz.
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