ANEXA 1 - Acad · Web viewPentru a putea verifica asemenea proprietăţi, am definit o logică...

Academia Română-Filiala IaşiInstitutul de Informatică Teoretică

Str. T. Codrescu, nr. 2, 700483, Iaşi, RomâniaTel/Fax: +40 332 106505

www.iit. academiaromana-is.roEmail: [email protected]

OPIS DOCUMEMNTE PLAN CERCETARE 2017

Proces verbal avizare plan cercetare 2017Programul de cercetare pentru anul 2017Proiectul de cercetare 1/2017.Proiectul de cercetare 2/2017.Proiectul de cercetare 3/2017.Proiectul de cercetare fundamental pentru anul 2017.Acord de colaborare cu Institutului de Lingvistică „Iorgu Iordan - Alexandru

Rosetti” pentru tema “Sistem pentru editarea asistată de calculator şi publicarea planşelor lingvistice ale Atlasului lingvistic al dialectului aromân (ALAR). Analiză şi modelare particularităţi de editare şi realizare planşe lingvistice.”




ACADEMIA ROMÂNĂ - FILIALA IAŞIINSTITUTUL DE INFORMATICĂ TEORETICĂ IAŞI

SE APROBĂ

PROCES VERBAL DE AVIZARE

a planului de cercetare pe anul 2017

Consiliului Ştiinţific al Institutului de Informatică Teoretică Iaşi, în şedinţa din 11.11.2016,

a discutat şi aprobat proiectele şi temele de cercetare pe anul 2017, incluse în programului de

cercetare „Abordări noi în inteligenţa computaţională”

Programul de cercetare „Abordări noi în inteligenţa computaţională” este structurat pe

patru proiecte de cercetare după cum urmează:

Proiect 1. “ Procesarea Limbajului Natural şi analiza prozodiei în limba română”

Proiect 2. “ Analiza şi recunoaşterea semnalelor. Fuziunea informaţiilor”

Proiect 3. “ Modele formale pentru sisteme distribuite”

Proiect Fundamental: „ Sistem pentru editarea asistată de calculator şi publicarea planşelor

lingvistice ale Atlasului lingvistic al dialectului aromân (ALAR). Analiză şi modelare

particularităţi de editare şi realizare planşe lingvistice.”

Au fost discutate şi aprobate obiectivele anuale prezentate în cadrul fiecărui proiect de

cercetare la secţiunea “Rezultate scontate”, defalcat pentru fiecare temă.

Consiliului Ştiinţific a avizat planul de cercetare pentru anul 2017 şi a propus înaintarea sa

către Secţia de Ştiinţa şi Tehnologia Informaţiei.

Director,

CS II dr. Vasile Apopei





PROGRAM DE CERCETARE

a) Denumirea Programului:

ABORDĂRI NOI ÎN INTELIGENŢA COMPUTAŢIONALĂb) Coordonatori:

Prof. dr. Dan Cristea m.c.A.RProf. dr. ing. Liviu GoraşCS I dr. Gabriel CiobanuCS I dr. Tudor BarbuCS II dr. Florin RotaruCS II dr. Vasile Apopei

c)Programul conţine 4 proiecte:Proiect 1. “ Procesarea Limbajului Natural şi analiza prozodiei în limba română”

Proiect 2. “ Analiza şi recunoaşterea semnalelor. Fuziunea informaţiilor”

Proiect 3. “ Modele formale pentru sisteme distribuite”

Proiect fundamental. „ Sistem pentru editarea asistată de calculator şi publicarea planşelor lingvistice ale Atlasului lingvistic al dialectului aromân (ALAR). Analiză şi modelare particularităţi de editare şi realizare planşe lingvistice.”.

Proiectul 1 face parte şi din programul prioritar COROLA al Academiei Române

d)Scopul programului:Programul îşi propune să contribuie la dezvoltarea de concepte, modele, noi metode şi

algoritmi de calcul pentru: procesarea semnalelor 1D, 2D şi 3D; procesarea semnalului vocal; procesarea limbajului natural; sisteme neuro-fuzzy; sisteme de calcul distribuit şi paralel.

Temele de cercetare şi rapoartele de cercetare pentru anul 2017 Proiect 1. “ Procesarea Limbajului Natural şi analiza prozodiei în limba română”1. Dezvoltări cantitative şi calitative asupra corpusului computaţional reprezentativ al limbii

române contemporane COROLAEtapa 1. Dezvoltări cantitative şi calitative în corpusul COROLA. Achiziţionarea de texte şi înregistrări vocale, activităţi de voluntariat colaborativ pentru achiziţia de texte şi completarea metadatelor corespunzătoare. Studii privind dezvoltarea de instrumente capabile de adnotări automate aplicate nivelurilor lexical, sintactic, semantic şi de discurs..Etapa 2. Dezvoltări cantitative şi calitative în corpusul COROLA. Finalizarea proiectului cu atingerea parametrilor planificaţi relativ la cantitatea de texte incluse în Corpus şi de înregistrări vocale adnotate, funcţionarea majoritar automată a platformei de achiziţionare de date textuale şi de captare a metadatelor corespunzătoare, cuplarea corpusului COROLA la Platforma KorAP.




2. Analiza de prozodie. Dezvoltarea componentei prozodice a corpusurilor de voce COROLA/SROLEtapa 1. Analiza posibilităţilor de segmentare automată în fraze fonologice a unor segmente de vorbire continuă. Etapa 2. Analiza posibilităţilor de aplicare a modelului de structură a informaţiei în partiţionarea contururilor intonaţionale în limba română pentru rostiri spontane din corpusul Corola.

3. Analiza de emoţie transmisă prin voce. Corpusul de voce SROLEtapa 1. Extinderea analizei stărilor emoţionale transmise prin voce, pe rostiri exprimate contextualEtapa 2. Imbunătăţirea metodelor de recunoaştere automată a emoţiilor pentru limba română

Proiect 2. “ Analiza şi recunoaşterea semnalelor. Fuziunea informaţiilor”1. Metode ale inteligenţei artificiale în analiza imaginilor.

Etapa 1. Metode ale inteligenţei artificiale în analiza şi regăsirea imaginilor biomedicale.Etapa 2. Metode ale inteligenţei artificiale în analiza imaginilor biomedicale şi analiza mişcării.

2. Tehnici de procesare şi analiză pentru imagini digitale şi secvenţe video.Etapa 1. Algoritmi de filtrare pe baza ecuaţiilor de difuzie şi de analiză a imaginilor

medicale Etapa 2. Noi tehnici de analiză imagistică bazate pe modele diferenţiale şi caracteristici de

textură

3. Metode de prelucrare neliniară a semnalelor cu aplicaţii în recunoaşterea formelor.Etapa 1. Studiul unor metode de compresie şi prelucrare de semnalEtapa 2. Studiul unor tehnici de prelucrare de semnal şi a unor arhitecturi de circuite analogice

Proiect 3. “ Modele formale pentru sisteme distribuite”1. Analiza dinamicii sistemelor complexe (cantitativ şi calitativ)

Etapa 1. Sisteme dinamice complexe bazate pe interacţiuneEtapa 2. Modelarea şi verificarea sistemelor complexe.

Proiect fundamental1. Sistem pentru editarea asistată de calculator şi publicarea planşelor lingvistice ale

Atlasului lingvistic al dialectului aromân (ALAR).Etapa 1. Analiza şi modelarea particularităţilor de editare şi realizare planşelor lingvistice pentru Atlasul lingvistic al dialectului aromân. Realizarea modulului pentru editarea şi tipărirea hărţilor lingvistice ale ALAR.Etapa 2. Optimizarea structurilor de informaţii gestionate de sistemul editare al ALAR şi implementarea particularităţilor de editare şi tipărire a planşelor (hărţi lingvistice, material cartografiat şi necartografiat, note) din ALAR

e) Rezultate scontate: Modele, metode, algoritmi, tehnici de procesare a informatiilor, instrumente software, în

conformitate cu secţiunea „rezultate scontate” din cadrul proiectelor de cercetare.f) Colectivul de cercetare:

Prof. dr. ing. Liviu Goraş - ½ normăProf. dr. Dan Cristea m.c.A.R. - ½ normăCS.I dr. Hariton Nicolae Costin - ½ normă




CS.I dr. Gabriel CiobanuCS I dr.habl. Tudor BarbuCS II dr. Florin RotaruCS II dr. Vasile ApopeiCS III dr. Bogdan AmanCS III dr. Doina JitcăCS III dr. Mihaela Luca CS III dr. Otilia PăduraruCS III dr. Silviu-Ioan BejinariuCS III dr. Cătălina-Monica Fira - ½ normăCS III dr. Carmen Grigoraş - ½ normăCS III Ioan PăvăloiCS dr. Monica-Silvia FeraruCS dr. Alexandru AndreiCS.drd. Adrian CiobanuCS Cecilia BoleaCS. Camelia LazărCS.drd. Ramona LucaCS Cristina-Diana NiţăCS dr. Alex-Mihai Moruz - ½ normăCS dr. Marius Zbancioc - ½ normăAsC. drd. Andrei Scutelnicu AsC. Laura Pistol AsC. drd. Mihaela Onofrei

g)Modul de valorificare a rezultatelor:Rezultatele vor fi valorificate prin :

- Comunicări la conferinţe stiintifice nationale si internationale;- Articole publicate in reviste de specialitate;- Cărţi, studii de specialitate;- Intrumente de cercetare dezvoltate pentru IIT şi institutele partenere ;- Rapoarte de cercetare;

Director,

CS II dr. Vasile Apopei





PROIECT DE CERCETARE 1 / 2017

1. Denumire: ”Procesarea limbajului natural şi analiza prozodiei în limba română”Temele de cercetare pentru anul 2017:A. Dezvoltări cantitative şi calitative asupra corpusului computaţional reprezentativ al

limbii române contemporane COROLAB. Analiza de prozodie şi de emoţie transmisă prin voce. Dezvoltarea componentei

prozodice a corpusurilor de voce COROLA/SROL.

2. Colectiv de coordonare: CS.I. dr. Dan Cristea, CS II dr. Vasile Apopei

3. Colectivul de cercetare: CS.I. dr. Dan Cristea (DC) (1/2 normă) – la tema A.CS Cecilia Bolea (CB) – la tema A,CS dr. Alexandru Mihai Moruz (AM) (1/2 normă) – la tema A, AsC. Laura Pistol (LP) – la tema A,AsC. drd. Andrei Scutelnicu (AS) – la tema A,AsC. drd. Mihaela Plămadă-Onofrei (MPO) (1 normă) – la tema ACSIII ½ normă - post în concurs (CSIII, 1/2 normă) - competenţe şi atribuţii: standarde de

adnotare, ierarhia de formate XML, monitorizarea resurselor, administrarea platformei, rularea lanţului de prelucrare.

CS. II dr. Vasile Apopei (AP) – la tema B,CS. III dr. Doina Jitcă (DJ) – la tema B,CS. III dr. Otilia Păduraru (OP) – la tema B.C.S. dr. Monica Feraru – la tema B,C.S. dr. Marius Zbancioc (1/2 normă) – la tema B,C.S. drd. Ramona Luca (1/4 normă) –la tema B.

4. Rapoarte şi termene de realizare pe 2017:Tema A. Dezvoltări cantitative şi calitative în corpusul COROLA.

A1. Titlul raportului cu termenul 15.06.2017:Faza I (sem. I 2017): Dezvoltări cantitative şi calitative în corpusul COROLA. Achiziţionarea de texte şi înregistrări vocale, activităţi de voluntariat colaborativ pentru achiziţia de texte şi completarea metadatelor corespunzătoare. Studii privind dezvoltarea de instrumente capabile de adnotări automate aplicate nivelurilor lexical, sintactic, semantic şi de discurs.

A2. Titlul raportului cu termenul 31.12. 2017: Faza II (sem. II 2017): Dezvoltări cantitative şi calitative în corpusul COROLA. Finalizarea proiectului cu atingerea parametrilor planificaţi relativ la cantitatea de texte incluse în Corpus şi de înregistrări vocale adnotate, funcţionarea majoritar automată a platformei de achiziţionare de date textuale şi de captare a metadatelor corespunzătoare, cuplarea corpusului COROLA la Platforma KorAP.




Tema B-I. Analiza de prozodie. Dezvoltarea componentei prozodice a corpusurilor de voce COROLA/SROL

B1. Titlul raportului cu termenul 15.06.2017 Faza I: Analiza posibilităţilor de segmentare automată în fraze fonologice a unor segmente de vorbire continuă.

B2. Titlul raportului cu termenul 31.12.2017 Faza II: Analiza posibilităţilor de aplicare a modelului de structură a informaţiei în partiţionarea contururilor intonaţionale în limba română pentru rostiri spontane din corpusul Corola.

Tema B-II. Analiza de emoţie transmisă prin voce. Corpusul de voce SROL.

B3. Titlul raportului cu termenul 15.06.2017 Faza I: Extinderea analizei stărilor emoţionale transmise prin voce, pe rostiri exprimate contextual.

B4. Titlul raportului cu termenul 31.12.2017 Faza II: Îmbunătăţirea metodelor de recunoaştere automată a emoţiilor pentru limba română.

5. Obiectivele propuse în cele 2 semestre

Tema A. Dezvoltări cantitative şi calitative asupra corpusului COROLA1 Faza I (sem. I 2017):Dezvoltări cantitative şi calitative în corpusul COROLA. Achiziţionarea de texte şi înregistrări vocale, activităţi de voluntariat colaborativ pentru achiziţia de texte şi completarea metadatelor corespunzătoare. Studii privind dezvoltarea de instrumente capabile de adnotări automate aplicate nivelurilor lexical, sintactic, semantic şi de discurs.

a) Ob. 1: colectarea datelor de natură lingvistică (text şi voce), selectarea şi prelucrarea lor în vederea includerii în corpus.

Analiza situaţiei proiectului la sfârşitul anului 2016 arată că achiziţia de texte ce urmează a fi incluse în corpusul COROLA, global pe cei doi parteneri, s-a realizat doar în proporţie de aproximativ 57% din obiectivul propus (500 milioane de cuvinte) în privinţa datelor de natură textuală şi de numai 36% din obiectivul propus (300 de ore) în privinţa datelor de natură vocală dublate de transcrieri, ceea ce face imperios necesare, pentru anul viitor, ultimul din proiect, o seamă de acţiuni:

stabilirea de noi contracte de parteneriat cu proprietari ai colecţiilor de date textuale şi vocale;

atragerea de noi voluntari care să ajute în procesul de introducere în corpus a datelor de natură lingvistică (text şi voce);

curăţarea datelor, completarea metadatelor şi prelucrarea lingvistică primară cu tehnologia creată până acum, capabilă să minimizeze intervenţia umană, consumatoare de timp.

În această fază finală a proiectului se vor include în corpus aproximativ 50.000.000 de cuvinte, împreună cu metadatele corespunzătoare. Tabelul 1 face o apreciere a volumului de date textuale, raportat la un număr de volume şi de articole. Aprecierea s-a făcut estimând că un roman de lungime medie (aprox. 200 de pagini) ar conţine 100.000 de cuvinte, pe când un articol de revistă, mult mai scurt, are o lungime medie de aprox. 1000 cuvinte (2 pagini A4). Structura

1 Obiectivele sunt exprimate în planul elaborat la începutul proiectului COROLA.




de metadate pentru cele două tipuri de texte este însă similară, ceea ce înseamnă că productivitatea muncii este de aproximativ de 10 ori mai mică în cazul articolelor decât în cel al romanelor.

Tabelul 1: Variante de realizare a normei de cuvinte în ultima fază a proiectului

#romane #articole total 500 - 50.000.000 400 10.000 50.000.000

b) Ob. 2: Îmbunătăţirea tehnologiei care ajută la constituirea Corpusului.

În această fază urmărim integrarea în interfaţa utilizator a Platformei a tuturor dezvoltărilor aduse în primele 6 semestre ale derulării proiectului, care au avut în vederea creşterea ergonomiei activităţii de preluare de date şi eficientizarea interacţiunilor utilizatorilor cu Platforma. Ca urmare, Platforma va cuprinde următoarele tipuri de funcţionalităţi:

F1. Posibilitatea de extragere automată a textului din formatul pdf al paginilor, prin înlănţuirea secvenţială a coloanelor, inclusiv din formate nestandard.

F2. Codurile de caractere vor fi standardizate şi linioarele de despărţire de la capăt de rând vor fi eliminate automat.

F3. Figurile, formulele, tabelele vor fi eliminate.F4. Headerele şi notele de subsol din documente de dimensiuni mari (roman, monografie,

nuvelă, volum editat, proceedings de conferinţă etc.) şi mici (revistă, magazin, jurnal ştiinţific etc.) vor fi recunoscute şi eliminate, cu preluarea informaţiilor utile din headere în metadate.

F5. Articolele continuate în pagini neconsecutive, în periodice de tip magazin, revistă, ziar etc., vor putea fi concatenate, prin urmărirea indicaţiilor de continuare.

F6. Informaţiile comune articolelor conţinute în acelaşi periodic (magazin, revistă, ziar etc.) vor putea fi preluate şi folosite într-un grup de metadate.

F7. Adnotările din corpus pot fi realizate în format XML: a. inline,b. stand-off.

F8. Lucrul în paralel cu Platforma va putea fi executat în sesiuni simultane cu mulţi utilizatori.

F9. Se vor putea afişa statistici în format grafic, relativ la următorii parametri:a. numărul de documente procesate (cu metadate create) totalizat pe corpus;b. numărul de caractere (bytes) şi cuvinte (tokens) existente în corpus pe domenii şi

subdomenii, precum şi total pe corpus; c. numărul de elemente XML de diferite tipuri: cuvinte (token-uri), grupuri nominale,

entităţi, relaţii sintactice, semantice etc., identificate pe baza adnotărilor automate;F10. Se va putea lansa minimum lanţul de prelucrări:

a. adnotare la parte de vorbireb. parsarea grupurilor nominale c. parsarea grupurilor verbaled. parsare sintactică.

F11. Facultativ, în măsura în care tehnologiile corespunzătoare devin performante, Platforma va suporta şi lansarea operaţiunilor:

e. segmentare la propoziţii/clauzef. marcarea entităţilor cu nume, clasificate pe tipuri (persoane, localităţi, instituţii etc.)g. marcarea relaţiilor referenţiale




h. marcarea unor relaţii semanticei. marcarea structurii de discursj. altele.

c) Ob. 3 (Realizarea unui algoritm de căutare pe baza sistemului Graphical Grammar Studio) devine: Darea în exploatare a Corpusului prin intermediul unei interfeţe de acces.

Se vor realiza primele teste de accesare a Corpusului COROLA prin intermediul limbajului de interogare al Platformei KorAP, proprietate IDS Mannheim.

Se vor face experimente de acces la Corpus prin interfaţa Graphical Grammar Studio.

Faza II (sem. II 2017): Dezvoltări cantitative şi calitative în corpusul COROLA. Finalizarea proiectului cu atingerea parametrilor planificaţi relativ la cantitatea de texte incluse în Corpus şi de înregistrări vocale adnotate, funcţionarea majoritar automată a platformei de achiziţionare de date textuale şi de captare a metadatelor corespunzătoare, cuplarea corpusului COROLA la Platforma KorAP.

a) Ob. 1: Finalizarea colectării, prelucrării şi adnotării textelor scrise şi rostite.

În această fază se vor include în corpus restul de cuvinte şi de ore de înregistrări sonore, împreună cu metadatele corespunzătoare, până la atingerea parametrilor asumaţi la începutul proiectului.

b) Ob. 2 (Îmbunătăţirea tehnologiei care ajută la constituirea Corpusului) devine: Armonizarea activităţilor de colectare a Corpusului prin intermediul Platformei COROLA pentru compatibilizarea datelor cu platforma KorAP.

c) Ob. 3 (Realizarea unui algoritm de căutare pe baza sistemului Graphical Grammar Studio) devine: Raport statistic multicriterial asupra conţinutului corpusului şi caracteristicilor lexicului limbii române contemporane. Comparaţii cu corpusul german.

Tema B-I. Analiza de prozodie. Dezvoltarea componentei prozodice a corpusurilor de voce COROLA/SROL.Faza I - Analiza posibilităţilor de segmentare automată în fraze fonologice a unor segmente de vorbire continuă.

În această etapă aveam in vedere să extindem analiza posibilităţilor de segmentare automată în fraze fonologice de la nivelul unui enunţ (rostirea unei fraze sintactice) la nivelul unui segment de vorbire continuă care corespunde rostirii continue a mai multor fraze.

Pentru acest demers vom folosi înregistrări din corpusul COROLA aliniate voce-text la nivel de cuvinte şi instrumentele software dezvoltate, în anii anteriori în Institut, pentru extragerea trăsăturilor acustice şi estimarea indicatorilor acustici la nivel de cuvinte prozodice.

Printre indicatorii acustici utilizaţi cu bune rezultate în frazarea fonologică la nivel de enunţ, amintim: suma ponderată dintre valoarea medie a frecvenţei F0 şi media pătratică a intensităţi sonore pentru

lista de cuvinte prozodice din înregistrarea audio; suma ponderată dintre valoarea minimă a frecvenţei F0 şi media pătratică a intensităţi sonore pentru

lista de cuvinte prozodice din înregistrarea audio; media fecvenţei F0 pe cuvintele prozodice; un indicator pentru o posibilă prezenţă pe cuvântul prozodic a unei proeminenţe tonale de graniţă de

tip H-; prezenţa pauzelor între cuvintele prozodice. gama de variaţie a frecvenţei F0 în Hz;




raportul dintre valoarea minimă a frecvenţei F0 pe cuvântul prozodic şi valoara maxima a frecvenţei F0 pe durata frazei intonaţionale;

raportul dintre valoarea minimă a frecvenţei F0 pe cuvântul prozodic şi valoara maxima a frecvenţei F0 pe durata frazei fonologice;

poziţia minimului frecvenţei F0 în durata cuvântului prozodic (inceput, mijloc, final); poziţia maximului frecvenţei F0 în durata cuvântului prozodic (inceput, mijloc, final); diferenţa dintre media primelor 5 valori şi, respectiv media ultimelor 5 valori ale frecvenţei F0; media pătratică a intensităţi sonore pe cele 3 secţiuni de interes ale duratei cuvântului prozodic:

început, mijloc şi final.

Faza II - Analiza posibilităţilor de aplicare a modelului de structură a informaţiei în partiţionarea contururilor intonaţionale în limba română pentru rostiri spontane din corpusul Corola.

În etapa din anul 2016 am adăugat la descrierea fonologică (pe baza modelului autosegmental-metric şi al sistemului de adnotare ToBI) a contururilor frecvenţei F0, observaţii şi caracterizări din perspectiva structurii de informaţie pe baza căreia rostirile de text se structurează la nivelul creierului. Astfel, frazele intonaţionale/intermediare sunt echivalentul pachetelor de informaţie în cadrul unei rostiri. După cum s-a constatat în etapa 2016 un pachet de informaţie cuprinde în general două, trei sau patru elemente accentuale principale (cuvinte prozodice) care formează perechi (unităţi binare) imbricate pe mai multe nivele ierarhice în cadrul arborelui de rostire. În cadrul frazelor pot apare şi relaţii locale a unor cuvinte lungi cu cuvinte scurte ca număr de silabe (funcţionale sau nefuncţionale ) care cresc complexitatea frazei.

În această etapă se va urmări dezvoltarea unor categorii de pattern-uri de contur F0 sau de mărci acustice la nivelul cuvintelor prozodice pentru a deosebi elementele de topic şi focus atât în varianta (topic+predicat)-(focus+argument) cât şi în varianta (topic+argument)-(focus+predicat). Identificarea acestor elemente se va face în paralel cu mărcile acustice fonologice şi acolo unde se vor identifica combinaţii valide de elemente funcţionale la nivelul structurii de informaţie (aşa cum au fost deduse din analiza de corpus din etapa 2016), acolo se vor face şi predicţii asupra grupării lor în fraze intermediare sau intonaţionale.

Noutatea abordării structurii de informaţie atât pe relaţia topic-focus cât şi pe relaţia temă-remă (predicat-argument) în cadrul aceleaşi unităţi binare, prin desprinderea noţiunilor de temă şi remă de sensul lor formulat doar la nivel de text, va îmbunătăţi baza decizională pentru gruparea cuvintelor prozodice în cadrul programului de frazare automată a contururilor intonaţionale.

Tema B-II. Analiza de emoţie transmisă prin voce. Corpusul de voce SROL.Faza I: Extinderea analizei stărilor emoţionale transmise prin voce, pe rostiri exprimate contextual

Tema de cercetare urmăreşte completarea corpusului emoţional SRoL cu o bază de date ce va conţine noi înregistrări, care să includă cele şapte stări emoţionale existente la acest moment în corpus: bucurie, tristeţe, furie, ton neutru, teamă/anxietate, plictiseală şi dezgust exprimate contextual. În acest sens înregistrările vor conţine mai multe propoziţii / fraze care să pregătească redarea unei/unor stări emoţionale. Adnotarea se va face la nivel de propoziţie, introducând suplimentar si un nivel de adnotare asociat emoţiilor. Se vor extrage vectori de trăsături prozodice pentru fişierele de sunet nou introduse în corpusul emoţional.Relevanţa: Analiza modului în care sunt recunoscute automat emoţiile transmise prin voce în limba romana cu vectorii de trăsături extraşi pentru înregistrări contextuale, respectiv pentru înregistrări in care emoţia este exprimată prin rostiri spontane. Rezultate majore urmărite: Extinderea corpusului emoţional SRol cu noi înregistrări pentru cele 7 emoţii existente. Adnotarea pe un nou nivel in vederea recunoaşterii contextuale a emoţiilor




Indici de realizare:- Noi înregistrări cu diferite stări emoţionale;- Realizarea unei noi baze de date emoţionale;- Realizarea adnotărilor noilor înregistrări la nivel de propoziţie si emoţie; - Extragerea vectorilor de trăsături prozodice (fişiere frecvenţă fundamentală, fişiere

formanţi F1-F4 şi fişiere de puls);- Valorificarea rezultatelor prin trimiterea unei lucrări (posibil două) la o revistă BDI /

conferinţă internaţională IEEE;- Updatarea sitului SRoL - "Realizarea paginii de raportare de modificări şi aduceri la zi

ale sitului"

Faza II: Îmbunătăţirea metodelor de recunoaştere automată a emoţiilor pentru limba română.Tema de cercetare urmăreşte recunoaşterea automată a stărilor emoţionale (bucurie,

tristeţe, furie, ton neutru, teamă/anxietate, plictiseală şi dezgust) exprimate contextual. In studiile anterioare emoţiile erau exprimate instantaneu / spontan într-o singură rostire / propoziţie. Se va urmări de asemenea utilizarea unor noi trăsături / respectiv noi clasificatori în vederea îmbunătăţirii ratei de recunoaştere a stărilor emoţionale.Relevanţa: Analiza modului în care vectorii de trăsături extraşi pentru stările emoţionale secundare, afectează acurateţea recunoaşterii automate a emoţiilor pentru limba română. Analiza similitudinilor între emoţiile analizate prin studiul matricelor de confuzie.Rezultate majore urmărite: Identificarea seturilor de trăsături relevante pentru recunoaşterea emoţiilor de plictiseală şi dezgust pentru limba română. Compararea rezultatelor cu cele obţinute pe alte baze de date la nivel internaţional.Indici de realizare:

- extragerea vectorilor de trăsături MFCC, LPCC, PARCOR, LAR, LPC, AC, energii pentru fişierele de sunet din noua bază de date;

- Identificarea seturilor de trăsături relevante pentru recunoaşterea emoţiilor pentru limba română;

- compararea ratei de recunoaştere a emoţiilor exprimate contextual cu cele obţinute în anul 2016 (exprimate spontan într-o singură propoziţie) şi interpretarea rezultatelor;

- compararea rezultatelor cu cele obţinute de alte colective pentru corpusuri emoţionale internaţionale;

- valorificarea rezultatelor prin trimiterea unei lucrări (posibil două) la o revistă BDI / conferinţă internaţională IEEE;

- Updatarea sitului SRoL - "Realizarea paginii de raportare de modificări şi aduceri la zi ale sitului"

6. Relevanţa ştiinţifică a temelor în contextul ştiinţific şi tehnic internaţionalTema A. Dezvoltări cantitative şi calitative asupra corpusului COROLA

Interesul pentru crearea unei asemenea resurse lingvistice de foarte mari dimensiuni este motivat din mai multe perspective. Un corpus, prin naturaleţea textelor conţinute, trebuie să servească drept material indispensabil de lucru unui lingvist preocupat să descrie diverse aspecte ale unei limbi. Corpusurile (paralele sau comparabile) pentru mai multe limbi sau pentru varietăţi ale aceleeaşi limbi pot oferi un bogat material pentru realizarea studiilor comparative.

Pentru lexicografi corpusurile oferă material inestimabil în crearea dicţionarelor generale sau speciale de limbă, informaţii cu privire la frecvenţa, întrebuinţarea unor cuvinte/categorii gramaticale/structuri, identificarea colocaţiilor (combinaţiilor de natură semantică) în baza solidarităţii lexicale între verb şi substantiv, substantiv şi adjectiv etc., identificarea coocurenţelor (în plan sintactic), informaţii despre lexicul unei limbi, despre tipuri de texte etc.




Pentru dezvoltatorii de aplicaţii care utilizează limbajul natural (interogare în limbaj natural, traducere automată şi altele), corpusurile oferă material de antrenare, de învăţare, de testare.

Pentru învăţarea unei limbi, un corpus oferă exemple concrete de contexte posibile pentru cuvinte, de relaţii pe care acestea le stabilesc cu alte cuvinte etc. În predarea limbii române un astfel de corpus poate fi un instrument util de predare şi evaluare a elevilor ori studenţilor.

Toate limbile mari deţin corpusuri reprezentative. Ele reprezintă tezaure de o imensă valoare culturală şi ştiinţifică. Exemple de corpusuri pentru alte limbi (prezentarea unor corpusuri reprezentative este făcută pe larg în secţiunea 2.4.2 Corpusuri în lume din Raportul de la sfârşitul Fazei I, pe anul 2014, a proiectului) sunt:

- Deutsches Referenzkorpus, însumând 6,3 miliarde de cuvinte (texte beletristice, jurnalistice, ştiinţifice, de popularizare a ştiinţelor etc.) la nivelul lunii septembrie 2013;

- The Brown Corpus, un “corpus standard de engleză-americană actuală”, cuprinde aproximativ un million de cuvinte;

- British National Corpus, o colecţie reprezentativă de texte scrise şi vorbite, incluzând stiluri literare şi domenii diferite, ce însumează 100 de milioane de cuvinte de engleză britanică din ultima parte a secolului XX;

- Corpusul Naţional Polonez, cu 1 miliard de cuvinte adnotate automat etc.Astfel de corpusuri sunt în toate cazurile accesibile prin interfeţe online care le prezintă

publicului, cu diverse posibilităţi de interogare. De regulă, imensa maşinărie care face posibilă crearea unui astfel de corpus rămâne ascunsă marelui public, ea fiind doar de însemnătate ştiinţifică. Pentru exemplificare doar, amintim proiecte europene a căror tematică gravitează în jurul resurselor lingvistice şi în care corpusurile computaţionale sunt foarte căutate: proiectul COST-ENeL European Network of e-Lexicography, proiectul COST-PARSEME Parsing and multi-word expressions. Towards linguistic precision and computational efficiency in natural language processing, etc. Mai mult încă, există preocupări pentru conectarea resurselor lingvistice de diverite tipuri (printre care şi corpusurile) şi în diverse limbi (v. de exemplu, WG4 din cadrul proiectului COST-ENeL), ceea ce explică necesitatea utilizării formatelor de largă circulaţie (şi a standardelor, acolo unde ele există) în reprezentarea lor.

Crearea unui corpus computaţional de referinţă presupune pe lângă definirea structurii şi acoperirii lingvistice, colectarea textelor, rezolvarea problemelor de drepturi intelectuale, prelucrarea lor prin tehnologii lingvistice (segmentare, lematizare, dezambiguizare morfo-lexicală, aliniere vorbire-text etc.), indexarea textelor după cât mai multe criterii utile în exploatare, extragerea de statistici, dezvoltarea unei platforme de exploatare, cât mai prietenoase şi mai flexibile, precum şi stabilirea unor metode securizate de acces la corpus pentru a preveni manifestări de vandalism sau utilizări improprii. În condiţiile accesului public, arhitectura hardware trebuie să fie adecvată unui acces simultan, potenţial al mai multor mii de utilizatori.

Tema B-I. Analiza de prozodie. Dezvoltarea componentei prozodice a corpusurilor de voce COROLA/SROL.

Crearea de corpusuri de voce adnotate la ierarhia de unităţi prozodice este consumatoare de timp [M. Garrido et al. 2013] şi de aceea aceste corpusuri sunt de mici dimensiuni. Aceste adnotări prezintă dezavantajul că etichetele atribuite evenimentelor de pe conturul frecvenţei F0 al rostirilor sunt dependente de adnotator. În ultimul timp au început să se dezvolte instrumente pentru adnotarea automată a evenimentelor de pe conturul frecvenţei F0, adnotări care sunt independente de adnotator [Chong-Jia Ni et al. 2012, Rosemberg A. (2009, 2010), H. Moniz et al. 2014]

Garrido J. M., Escudero D., Aguilar L., Cardenoso V., Rodero E., Carme de-la-Mota, Gonzalez C., Vivaracho C., Rustullet S., Larrea O., Laplaza Y., Vizcaıno F., Estebas E., Cabrera M., Bonafonte A. (2013), Glissando: a corpus for multidisciplinary prosodic studies in Spanish




and Catalan, Lang Resources & Evaluation 47, pp. 945–971, DOI 10.1007 s10579-012-9213-0

Chong-Jia Ni, Ai-Ying Zhang, Wen-Ju Liu, Bo Xu (2012), Automatic Prosodic Break Detection and Feature Analysis, J. Computer Science and Technology 27(6): 1184-1196. DOI 10.1007/s11390-012-1295-z

Rosenberg A., (2009), Automatic Detection and Classification of Prosodic Events, PhD trhesis, Columbia University

Rosenberg. A (2010) AuToBI - A Tool for Automatic ToBI Annotation. INTERSPEECH 2010Moniz, H., Mata, A.I., Hirschberg, J., Batistia, F., Rosenberg, A., Trancoso, I. (2014). Extending

AuToBI to prominence detection in European Portuguese. Speech Prosody 2014, Dublin Ireland.

Simionescu, R. (2011) Romanian deep noun phrase chunking using Graphical Grammar Studio. Conference on Linguistic Resources and instruments for Romanian Language Processing, Bucharest.

Tema B-II. Analiza de emoţie transmisă prin voce. Corpusul de voce SROLStadiul actual al cunoştinţelor în domeniul analizei emoţiilor transmise prin voce:

După ştiinţa noastră suntem singurul colectiv care dezvoltă instrumente de analiză acustică pentru analiza emoţiei transmise prin voce pentru limba română;

Abordările propuse nu se regăsesc decât în mică măsură (la nivel de elemente generale şi scopuri) în cercetarea internaţională actuală.

Tema de cercetare urmăreşte îmbogăţirea cu noi înregistrări a corpusului emoţional SROL pentru limba română. În acest sens se doreşte realizarea alinierii corpusului SROL, la acelaşi nivel cu celelalte baze de date internaţionale. Pe lângă emoţiile de bază (bucurie, tristeţe, furie, ton neutru), sau adăugat şi alte stări emoţionale secundare (plictiseala si dezgust) importante în analiza recunoaşterii automate a emoţiilor. Se vor adăuga noi înregistrări în care să fie exprimate contextual emoţiile. Subiecţii înregistraţi vor rosti mai multe propoziţii, care să pregătească contextul în care va fi exprimată starea emoţională. Astfel, credem noi, emoţiile vor fi mult mai bine redate. Se urmăreşte identificarea seturilor de trăsături relevante pentru recunoaşterea emoţiilor transmise prin voce pentru limba română

Bibliografie selectivă[1] M.D. Zbancioc, S.M. Feraru, „A Study about the Automatic Recognition of the Anxiety

Emotional Stateusing Emo-DB”, 5-th edition of the International Conference on e-Health and Bioengineering, (EHB 2015), Iaşi, România, ISBN: 978-1-4673-7545-0/15 (Indexare BDI IEEExplore)

[2] H.N. Teodorescu, M. Zbancioc, M. Feraru, The analysis of the vowel triangle variation for Romanian language depending on emotional states, ISSCS Conference, Iasi, Romania 30June-1Jul.2011, ISBN 978-1-4577-0201-3, pp. 331-334

[3] S.M. Feraru H.N. Teodorescu M.D. Zbancioc, SRoL - Web-based Resources for Languages and Language Technology e-Learning, International Journal of Computers, Communications & Control, ISSN 1841-9836, E-ISSN 1841-9844, Vol. V (2010), No. 3, pp. 301-313,

[4] From Speech Processing to Spoken Language Technology, Eds. C. Burileanu, H.N. Teodorescu, ISBN: 978-973-27-1808-7, pp. 13-21, 33-43, The Publishing House of the Romanian Academy, 2009

[5] F. Burkhardt, A. Paeschke, M. Rolfes, W. Sendlmeier, B. Weiss, “A Database of German Emotional Speech”, Proc. of Interspeech 2005, Lisbon, Portugal

[6] B. Schuller , B. Vlasenko, F. Eyben, G. Rigoll, A. Wendemuth, “Acoustic Emotion Recognition: A Benchmark Comparison of Performances”, Proc. of ASRU, ISBN: 978-1-4244-5479-2 , pp. 552-527, 2009.




[7] S. Abbas Ali, S. Zehra, M. Khan, F. Wahab, “Development and Analysis of Speech Emotion Corpus Using Prosodic Features for Cross Linguistics”, Int. Journal of Scientific & Engineering Research Vol. 4, Issue 1, Jan. 2013, ISSN 2229-5518

[8] Salazar, A., On Statistical Pattern Recognition in Independent Component Analysis Mixture Modelling, Springer, 2013

[9] Grigoraş, F., Teodorescu, H.N., Jain, L.C., and Apopei, V. (1999). Fuzzy and knowledge-based control for speech synthesis. ECC’99 CD-ROM Proceedings. Karlsruhe, Germany: VDI/VDE Geselschaft.

7. Rezultate scontate: Tema A. Dezvoltări cantitative şi calitative asupra corpusului COROLA

Acest aspect a fost explicat pe larg în secţiunea 5 a proiectului. Tema B-I

* 3 lucrări ştiinţifice publicate în reviste de specialitate sau la conferinţe internaţionale;* rapoarte de cercetare şi înregistrării audio adnotate la nivel de fraze

fonologice.Tema B-II. Analiza de emoţie transmisă prin voce. Corpusul de voce SROLContribuţii la (cunoştinţe noi despre):

a) exprimarea, la nivel acustic, a emoţiilor în vorbire în limba română; b) caracterizarea statistică a limbii române vorbite;c) variabilitatea semnalului vocal în limba română.

8. Valorificarea rezultatelor lucrări ştiinţifice publicate în reviste de specialitate, la conferinţe naţionale şi

internaţionale; rapoarte de cercetare.

9. Colaborări Grupul de cercetare în procesarea limbajului natural şi prelucrarea vorbirii de la Institutul de

Cercetări pentru Inteligenţă Artificială „Mihai Drăgănescu” al Academiei Române Facultatea de Informatică, Facultatea de Litere şi Departamentul de Cercetări Interdisciplinare

din cadrul Universităţii “Al.I. Cuza” Iaşi. Institutul de Filologie „Al. Philippide” din cadrul Academiei Române Filiala Iaşi. Facultatea de Litere din Universitatea Bucureşti. Institut für Deutsche Sprache, Mannheim, Germania, creatorul corpusului german:

https://cosmas2.ids-mannheim.de/cosmas2-web/ Prof. dr. Luminiţa Cărăuşu de la „Catedra de limbă română şi lingvistică generală” a

Facultăţii de Litere din cadrul Universităţii „Al. I. Cuza” din Iaşi Centrul de cercetare “CERFS” din cadrul Universităţii Tehnice “Gheorghe Asachi” din Iaşi

(centru de excelenţă acreditat CNCSIS); Speech and Dialogue Research Laboratory (Prof. C. Burileanu) din cadrul Universităţii

Politehnica Bucureşti ; Facultatea de Electronică, Comunicaţii şi Calculatoare, Universitatea din Piteşti; Facultatea de Automatică, Calculatoare, Inginerie Electrică şi Electronică, Universitatea

Dunărea de Jos Galaţi Şcoala de Studii Doctorale a Facultăţii de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia

Informaţiei, Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi" din Iaşi.

https://cosmas2.ids-mannheim.de/cosmas2-web/




10. Buget solicitat 1. Fond de salarii conform statului de funcţii 2. Deplasări în ţară în limita fondurilor disponibile 3. Cheltuieli materiale în limita fondurilor disponibile

Director, Întocmit,

C.S. II dr. V. Apopei. C.S. Cecilia Bolea

C.S. Monica Feraru




ACADEMIA ROMÂNĂ

INSTITUTUL DE INFORMATICĂ TEORETICĂ IAŞI

PROIECT DE CERCETARE NR. 2 / 2017

Denumire: Analiza şi recunoaşterea semnalelor. Fuziunea informaţiilor.

Tema 1: Metode ale inteligenţei artificiale în analiza imaginilor.

Tema 2: Tehnici de procesare şi analiză pentru imagini digitale şi secvenţe video.

Tema 3. Metode de prelucrare neliniară a semnalelor cu aplicaţii în recunoaşterea formelor

Coordonatori prof.dr.ing. Liviu Goraş, dr. Florin Rotaru, dr. Tudor Barbu

Colectivul de cercetareCS I Prof. dr. Liviu Goraş (½ normă)CS I Dr. Habil. Tudor BarbuCS II dr. Florin Rotaru CS I Prof. dr. Hariton Costin (½ normă)CS III dr. Silviu-Ioan BejinariuCS III dr. Mihaela LucaCS III dr. Monica Fira (½ normă)CS III s.l. dr. Carmen Grigoraş (½ normă)CS III Ioan PăvăloiCS dr. Florin Iftene (½ normă)CS drd. Adrian CiobanuCS drd. Cristina NiţăCS drd. Ramona LucaCS Camelia Lazăr

Termene de realizare

Tema 1. Metode ale inteligenţei artificiale în analiza imaginilorEtapa 1. Metode ale inteligenţei artificiale în analiza şi regăsirea

imaginilor biomedicale. 15.06. 2017

Etapa 2. Metode ale inteligenţei artificiale în analiza imaginilor biomedicale şi analiza mişcării. 31.12. 2017

Tema 2. Tehnici de procesare şi analiză pentru imagini digitale şi secvenţe videoEtapa 1. Algoritmi de filtrare pe baza ecuaţiilor de difuzie şi de analiză a

imaginilor medicale 15.06. 2017




Etapa 2. Noi tehnici de analiză imagistică bazate pe modele diferenţiale şi caracteristici de textură 31.12. 2017

Tema 3. Metode de prelucrare neliniară a semnalelor cu aplicaţii în recunoaşterea formelor

Etapa 1. Studiul unor metode de compresie şi prelucrare de semnal 15.06. 2017Etapa 2. Studiul unor tehnici de prelucrare de semnal şi a unor arhitecturi

de circuite analogice 31.12. 2017

Subteme şi obiective propuse

1. Tema 1 Metode ale inteligenţei artificiale în analiza imaginilor.

Etapa I: Metode ale inteligenţei artificiale în analiza şi regăsirea imaginilor biomedicale.

Subtema 1.1 Optimizarea tehnicilor de clasificare artere/vene în imagini de fund de ochi.

Colectiv cercetare: Florin Rotaru, Mihaela Luca, Cristina Niţă, Ramona Luca.

Subtema 1.2 Studiu privind utilizarea algoritmilor Bee şi Ant Colony pentru probleme de programare întreagă cu aplicaţii în analiza imaginilor biomedicale.

Colectiv cercetare: Hariton Costin, Silviu-Ioan Bejinariu, Camelia Lazăr, Florin Iftene.

Subtema 1.3 Dezvoltarea şi testarea unei metode de regăsire a imaginilor în baze de date de imagini utilizând descriptori statistici de culoare şi spaţialitate.

Colectiv cercetare: Ioan Păvăloi, Cristina Niţă.

Etapa II: Metode ale inteligenţei artificiale în analiza imaginilor biomedicale şi analiza mişcării.

Subtema 2.1 Studiu privind analiza secvenţelor video ale unor experimente cu animale de laborator. Implementări software.

Colectiv cercetare: Florin Rotaru, Silviu-Ioan Bejinariu, Mihaela Luca, Ramona Luca, Cristina Niţă.

Subtema 2.2 Studiu comparativ privind utilizarea algoritmilor de inspiraţie naturală în probleme de optimizare specifice prelucrării de imagini.

Colectiv cercetare: Hariton Costin, Silviu-Ioan Bejinariu, Camelia Lazăr, Florin Iftene.

Subtema 2.3 Dezvoltarea şi testarea unei metode de regăsire a imaginilor în baze de date de imagini utilizând descriptori SIFT şi descriptori statistici de culoare şi spaţialitate.

Colectiv cercetare: Ioan Păvăloi, Cristina Niţă, Silviu-Ioan Bejinariu.




2. Tema 2 Tehnici de procesare şi analiză pentru imagini digitale şi secvenţe video

Etapa I: Algoritmi de filtrare pe baza ecuaţiilor de difuzie şi de analiză a imaginilor medicale

Subtema 1.1 Tehnici de detecţie a regiunilor patogene în înregistrări video colonoscopice.

Colectiv cercetare: Mihaela Luca, Adrian Ciobanu.

Subtema 1.2 Metode de netezire prin intermediul modelelor neliniare PDE de ordinul 4.

Colectiv cercetare: Tudor Barbu.

Etapa II: Noi tehnici de analiză imagistică bazate pe modele diferenţiale şi caracteristici de textură

Subtema 2.1 Metode de analiză a depunerilor nanometrice în imagini microscopice.

Colectiv cercetare: Adrian Ciobanu, Mihaela Luca.

Subtema 2.2 Modele de detecţie a muchiilor din imagine bazate pe difuzii neliniare de ordinul doi şi procese morfologice

Colectiv cercetare: Tudor Barbu.

3. Tema 3 Metode de prelucrare neliniară a semnalelor cu aplicaţii în recunoaşterea formelor

Etapa 1: Studiul unor metode de compresie şi prelucrare de semnal

Obiectiv 1.1 Proiectarea şi implementarea tehnicilor de achiziţie comprimată în aplicaţii dedicate semnalelor medicale – partea I

Colectiv cercetare: Monica Fira.

Obiectiv 1.2 Studiul variabilităţii valorilor parametrilor unor forme relevante de undă în semnalele ERP în aplicaţiile video şi audio speller de tip “single trial BCI”

Colectiv cercetare: Carmen Grigoraş.

Obiectiv 1.3 Studiul comportării reţelelor neuronale celulare dublu strat la variaţii ale parametrilor celulelor.

Colectiv cercetare: Liviu Goraş.




Etapa 2: Studiul unor tehnici de prelucrare de semnal şi a unor arhitecturi de circuite analogice

Obiectiv 2.1 Proiectarea şi implementarea tehnicilor de achiziţie comprimată în aplicaţii dedicate semnalelor medicale – partea II

Colectiv cercetare: Monica Fira.

Obiectiv 2.2 Utilizarea metodelor neliniare de transmisie securizată la comunicarea unor semnale modulatoare particulare biomedicale, uni- şi bi-dimensionale.

Colectiv cercetare: Carmen Grigoraş.

Obiectiv 2.3 Studiul performanţelor unor circuite selective de prelucrare de semnal în tehnologie CMOS

Colectiv cercetare: Liviu Goraş.

Relevanţa ştiinţifică a temei în contextul ştiinţific şi tehnic internaţional


Subtema 1.1: Datorită imposibilităţii monitorizării online de către specialişti a evoluţiei afecţiunilor oculare diagnoza asistată a devenit o preocupare majoră, materializată prin numeroase aplicaţii şi lucrări în ultimii ani. Aşa cum s-a specificat în rapoartele de cercetare din anii trecuţi tehnicile de analiza automată a imaginilor de fund de ochi sunt axate pe determinarea şi analiza discului optic şi analiza reţelei sanguine din imaginea de fund de ochi. Modelarea discului optic este utilă atât în depistarea unor afecţiuni în stadiu incipient cât şi în delimitarea zonelor de interes pentru analiza reţelei sanguine. Legat de a doua categorie de determinări, după segmentarea reţelei de vase din imaginea primară sunt efectuate apoi măsurători în principal orientate pe determinarea grosimii medii a vaselor şi semnalarea eventualelor discontinuităţi sau deformări ale reţelei. Întru-cât arterele şi venele sunt afectate diferit se impune o clasificare a vaselor retinale. Pentru depistarea timpurie a anomaliilor acest tip de analiză este efectuat periodic, specialistul oftalmolog fiind alertat atunci când determinările indică o creştere a riscului de boală.

Subtema 1.2 şi 2.2: Paradigmele şi algoritmii de inspiraţie biologică au cunoscut în ultimele decenii o evoluţie spectaculoasă, fiind aplicate în cazul unor probleme dificil de rezolvat din cauza numărului mare de soluţii posibile motiv pentru care adesea se recurge la simplificarea problemei, iar funcţia de evaluare a calităţii soluţiei poate varia în timp [Brownlee, 2011]. Algoritmii de tip “swarming” sunt inspiraţi din modul de acţiune al colectivităţilor de indivizi. Inteligenţa colectivităţii are proprietatea de a fi descentralizată, adaptivă şi permite rezolvarea unor probleme de optimizare sau căutare: alinierea imaginilor, segmentarea adaptivă a imaginilor, probleme de clasificare, compresie de date, clusterizare, detecţia erorilor în sisteme robotice precum şi în probleme de securitate.




Subtema 1.3 şi 2.3: Bazele de date de imagini ridică noi provocări pentru comunitatea ştiinţifică. Deşi tehnologia bazelor de date s-a maturizat în ultimii 50 ani, odată cu dezvoltarea bazelor de date relaţionale, a bazelor de date orientate obiect etc., s-au realizat de asemenea şi extensii la baze de date de aceste tipuri, pentru a gestiona noi tipuri de date, cum ar fi imagini, video, audio şi hărţi. Pe măsură ce cantitatea de imagini digitale creşte, tehnici care sunt adaptate în mod specific pentru astfel de tipuri de baze de date trebuie să fie dezvoltate pentru a fi larg utilizate. De-a lungul ultimilor ani, au avut loc eforturi de standardizare în domenii cum ar fi medicina, sistemele de informaţii geografice, în paralel cu dezvoltarea de arhive digitale de mari dimensiuni. Tehnologia de căutare şi indexare se dezvoltă continuu, ceea ce duce la o mare varietate de prototipuri de cercetare şi soluţii comerciale pentru căutare imagini, video şi alte tipuri de multimedia.

Subtema 2.1: Animalele de laborator, în special şobolanii, sunt utilizate în cercetarea medicală pentru analiza comportamentului în condiţii specifice determinate de administrarea unor medicamente sau de inducerea unor factori de stres. Prin analiza unor anumite tipuri de reacţie a subiecţilor precum numărul şi durata episoadelor de nemişcare sau grooming, numărul şi durata vizitelor în fiecare compartiment al cadrului experimental se pot trage concluzii privind efectul factorilor induşi în cadrul experimentului. Utilizarea sistemelor existente de analiză automată a mişcării animalelor de laborator este limitată de specificitatea cadrului experimental, a tipurilor de mişcare de analizat şi nu în ultimul rând de preţ. Ne propunem dezvoltarea şi implementarea unor tehnici de analiză a mişcării animalelor de laborator care să acopere cât mai mult din gama tuturor mişcărilor specifice de interes. Totodată rezultatul cercetărilor va fi implementat într-un sistem de analiză în cadrul unei colaborări cu Centrul de Cercetări Biomedicale al Filialei Iaşi a Academiei Române.


Sub-temele considerate şi obiectivele acestora sunt relevante pentru contextul tehnico-ştiinţific internaţional, abordând domenii de interes pe plan mondial, aşa cum sunt analiza înregistrărilor video cu conţinut medical sau a imaginilor microscopice prin tehnici de procesare a imaginilor şi respectiv netezirea imaginilor digitale şi detecţia muchiilor prin intermediul ecuaţiilor neliniare cu derivate parţiale.Subtema 1.1: Înregistrările video colonoscopice constituie o bogată sursă de informaţii medicale care poate fi exploatată automat sau semiautomat pe baza metodelor şi tehnicilor de procesare a imaginilor. În afara trierii cadrelor relevante pentru diagnoza medicală, există posibilitatea analizei şi segmentării acestora în vederea punerii în evidenţă a situaţiilor patologice, cum ar fi zone cu vascularizaţie în exces, zone cu diverticuli, polipi sau adenoame. Procesarea automată a cadrelor colonoscopice prezintă interes şi din punctul de vedere al pregătirii studenţilor medicinişti sau viitorilor medici specialişti în gastro-enterologie.Subtema 2.1: Analiza imaginilor microscopice prezintă interes mai ales datorită progreselor obţinute de microscoapele de ultimă generaţie, care pot genera imagini ce prezintă structura materialelor până la nivel de atom. Depunerea straturilor nanometrice din diferite materiale pe diferiţi suporţi constituie o metodă modernă de obţinere a unor compuşi noi, ce pot revoluţiona produsele confecţionate acum din materiale clasice. Controlul automat al calităţi depunerilor nanometrice este un deziderat important al laboratoarelor de cercetare în domeniul fizicii şi se poate constitui într-un accelerator al obţinerii de noi materiale novatoare. Subtema 1.2: Restaurarea imaginilor digitale, presupunând operaţii de netezire şi reconstrucţie a imaginii, reprezintă cel mai important domeniu al procesării de imagini. Ecuaţiile cu derivate parţiale neliniare oferă cea mai eficientă filtrare a imaginilor degradate, datorită faptului că, spre




deosebire de metodele convenţionale, reuşesc să elimine cu succes efecte colaterale nedorite, precum cel de blurare, de scară ori de tip speckle. Subtema 2.2: Modelele diferenţiale bazate pe difuzii neliniare de ordinul 4, influenţate de algoritmul You-Kaveh (2000) [2] sunt utilizate cu succes în procesele de filtrare. Din acest motiv considerăm că tehnicile de difuzie anizotropică pe care intenţionăm să le dezvoltăm, şi care depăşesc algoritmii de referinţă menţionaţi vor avea un real impact în contextul actual. De asemenea propunem tehnici de detecţie a frontierelor imaginilor digitale bazate pe modele de difuzie neliniară de ordinul doi şi operaţii morfologice.


Etapele şi obiectivele temei propuse se încadrează pe linia continuării cercetărilor colectivului referitoare pe de o parte la prelucrarea de semnale inclusiv biomedicale şi, pe de altă parte, pe investigarea dinamicii unor circuite şi sisteme neliniare. Ambele direcţii se regăsesc în fluxul cercetărilor pe plan naţional şi internaţional cu o mare diversitate de aspecte.

În Etapa 1, Obiectivul 1 constă în dezvoltarea de aplicaţii de compresie, extragere de trăsături, detecţie şi/sau clasificare dedicate semnalelor medicale de tip ECG şi EEG, în care se vor îmbina tehnicile de procesare de semnal cu compressed sensing. Se vor dezvolta aplicaţii cu potenţială utilizare în BCI (Brain computer interface). Se va analiza complexitatea de calcul necesară şi se vor alege soluţiile cu o complexitate scăzută.

Obiectivul 2 include o evaluare comparativă a posibilităţilor de detecţie unor componente relevante ale potenţialelor evocate corelate cu evenimentele (ERP) cognitive asociate cu spellingul, într-o singură parcurgere pentru a înregistrării EEG, pentru două tipuri de excitaţie, vizuală şi auditivă, pentru aplicaţii BCI. Se va analiza relevanţa diverselor canale EEG pentru a evidenţia similarităţi topografice corticale pentru diversele componente, pentru cele două tipuri de excitaţii. Similaritatea „task-related” a datelor pe canalele EEG, încercări şi subiecţi va fi evaluată statistic. Se determină intervale de variaţie ale valorilor caracteristicilor componentelor semnificative ale ERP pentru cogniţie, în cele două excitaţii. Se vor folosi baze de date cu semnale medicale disponibile pe internet.

Obiectivul 3 se referă la studiul influenţei variaţiei parametrilor celulelor reţelelor neuronale celulare dublu strat asupra stabilităţii. Cercetările în acest domeniu au vizat în special reţelele omogene atât din punctul de vedere al celulelor cât şi al conexiunilor. Într-o implementare fizică realizarea unor reţele cu parametri foarte apropiaţi este practic imposibilă datorită toleranţelor tehnologice. Intuitiv, este de aşteptat ca rezultatele referitoare la condiţiile de stabilitatea Turing să fie asemănătoare cu cele corespunzătoare unor variaţii relativ mici ale parametrilor. Din acest punct de vedere se vor investiga condiţiile de stabilitate şi deci de formare a pattern-urilor şi în cazul unor celule cu parametri care deviază de la valorile nominale în limite compatibile cu o teoremă a lui Ostrowski referitoare la continuitatea rădăcinilor în raport cu coeficienţii unui polinom.

În Etapa 2, Obiectivul 1 va continua cercetarea începută în cadrul etapei 1 cu implementarea aplicaţiilor dezvoltate, urmată de testarea şi validarea acestor aplicaţii. Se vor folosi baze de date cu semnale medicale disponibile pe internet şi în funcţie de dotarea existanta la acel moment se va încerca şi testarea pe date culese de la subiecţi sănătoşi.

Obiectivul 2 se va concentra pe aplicarea metodelor dezvoltate în etapele anterioare la transmisia securizată a semnalelor biomedicale unidimensionale şi/sau bidimensionale. Metodologia utilizată se va baza pe modulaţia neliniară, utilizând generatoare haotice în compunerea sistemului de emisie şi structuri neliniare, proiectate în ideea sincronizării, drept module de bază de demodulare pentru partea de recepţie.




În cadrul obiectivului 3 se vor continua cercetările legate de studiul limitărilor şi performanţelor unor circuite inclusiv selective realizate în tehnologie CMOS. Aspectele vizate se referă, pe de o parte la analiza controlului factorului de calitate şi al frecvenţei de rezonanţă în cazul unor rezonatoare cu elemente inductive simulate şi, pe de altă parte, la investigarea unor arhitecturi similare cu cele ale reţelelor neuronale celulare descrise de grafuri oarecari. Va fi investigată şi posibilitatea unei paralele cu tehnicile de clasificare bazate pe subspaţiile asociate celor mai mici valori proprii ale Laplacianului în legătură cu Obiectivul 1 din Etapa 2.

Relevanţa temelor pentru AR


Numeroase colective de cercetare din ţară şi străinătate lucrează în direcţia dezvoltării de metode şi algoritmi de clasificare şi recunoaştere a formelor având ca scop principal crearea unor sisteme inteligente, care într-o primă fază să asiste omul în luarea deciziilor, care apoi să devină independente, să fie capabile de luarea de decizii fără a fi asistate de operator uman. Utilizarea reţelelor neuronale, algoritmilor evolutivi şi de inspiraţie biologică, raţionamentului aproximativ, teoria grafurilor etc. oferă instrumente puternice necesare dezvoltării aplicaţiilor în domeniu. Gama acestora se dovedeşte a fi atât de largă iar problemele atât de complexe, încât problematica de cercetare este departe de a fi epuizată. Fiecare aplicaţie presupune probleme noi şi necesită îmbunătăţirea şi dezvoltarea metodelor menţionate, inclusiv pe calea unificării în scopul definirii unor proceduri din ce în ce mai complexe.

Tema „Metode ale inteligenţei artificiale în analiza imaginilor” se înscrie între priorităţile Strategiei Naţionale de Cercetare, Dezvoltare şi Inovare 2014-2020 (SNCDI 2020) care presupune consolidarea unor domenii de competenţă ridicată care să permită obţinerea unor avantaje reale din punct de vedere socio-economic în contextul în care răspund unor nevoi concrete, ceea ce conduce la un profund caracter interdisciplinar.

Tema propusă, dedicată regăsirii imaginilor în baze de date, procesării imaginilor, în principal a celor bio-medicale corespunde unei direcţii de acţiune din Strategia CDI, sănătatea, care este un domeniu cu impact puternic asupra calităţii vieţii.


Academia Română coordonează şi realizează activităţi de cercetare în domeniile fundamentale ale ştiinţei şi culturii. Sub-temele şi obiectivele colectivului nostru de cercetare propuse pentru anul 2017, care reprezintă o continuare a tematicii abordate de echipa noastră în anii anteriori, se încadrează în două domenii fundamentale al ştiinţei, şi anume Ştiinţele Exacte şi Ştiinţele Inginereşti.

Tematica propusă se situează la intersecţia a trei domenii deosebit de importante pentru Academia Română: Informatica, Matematica şi Ingineria Electronică, primele două aparţinând primului domeniu fundamental şi al treilea celui de-al doilea. Astfel, obiectivele considerate presupun construirea de noi algoritmi, modele matematice şi tehnici de procesare a semnalelor 2D.

De asemenea, cercetările efectuate de colectivul nostru în domeniile abordate au un caracter avansat. Atât analiza imaginilor video colonoscopice sau microscopice, cât şi restaurarea bazată pe modele matematice diferenţiale reprezintă o analiză şi o procesare avansată a imaginilor digitale. Modelele matematice propuse fac în mod evident parte din domeniul




matematicii avansate. Temele şi obiectivele propuse sunt relevante pentru instituţie (AR-FI) deoarece abordează domenii importante pentru aceasta, cum sunt restaurarea imaginilor în vederea analizei, sau analiza imaginilor medicale şi a celor microscopice, urmând a fi dezvoltate numeroase tehnici noi şi utile în aceste domenii.


Compresia semnalelor biomedicale este un domeniu extrem de vast şi care a fost şi este intens studiat atât pe plan internaţional cât şi naţional şi în cadrul AR. Legatura strânsă dintre tema propusă şi misiunea ARFI este dovedită şi prin proiectul de tip TE cu o temă asemănătoare finanţat de UEFISCDI şi redulat prin ARFI.

Analiza capacităţii de detecţie a diverselor componente ERP în aplicaţii BCI se încadrează în trendul mondial actual în ceea ce priveşte studiile cogniţiei. Mai mult raportările din literatura de specialitate din ultima perioadă (2011 – 2016) reflectă un interes crescut pentru alte tipuri de excitaţie decât cea vizuală pentru analiza ERP, atât pentru aplicaţii BCI, cât şi pentru cele de diagnostic şi terapie, sau învăţare. De asemenea, necesitatea comunicării fluente în aplicaţiile BCI a impus intensificarea cercetării în direcţia detecţiei unor componente relevante pentru recunoaştere, într-o singură trecere.

Transmiterea securizată a semnalelor biomedicale reprezintă o preocupare relevantă pentru sistemul medical din România ţinând cont de contextul actual mondial privind dosarele medicale electronice pacient, pentru acces la distanţă cu respectarea confidenţialităţii informaţiei conţinute în aceste documente, fie ea de tip text, semnal 1D şi/sau 2D. Abordarea bazată pe sisteme neliniare cu dinamică de complexitate ridicată reprezintă un aspect important de continuare a rezultatelor cercetării anterioare, teme de interes deosebit pentru colectiv.

Motivaţia continuării în cazul în care se continuă teme anterioare

10.Tema 1 Metode ale inteligenţei artificiale în analiza imaginilor.

Subtema 1.1: În etapa anterioară cercetările s-au axat pe analiza principalelor tehnici de clasificare A/V (Arteră/Venă) a vaselor sanguine, propuse în literatura de specialitate. A fost apoi propusă şi implementată o metodă de etichetare A/V stratificată, prezentată în rapoartele din anul precedent. Tehnicile de clasificare A/V pot fi perfecţionate prin îmbunătăţirea metodelor de analiză a zonelor reţelei sanguine cu topologie complexă (asocierea vaselor în intersecţii cu mai mult de două ramuri) şi prin dezvoltarea unor noi metode de analiză în ultimul stadiu al etichetării vaselor secundare.

Subtema 1.2 şi 2.2: Ca urmare a rezultatelor obţinute în 2016, ne propunem să continuăm tema din acest an prin extinderea studiului algoritmilor meta-euristici. În 2016, pe lângă studiul utilizării algoritmilor Fireworks şi Fireflies a fost abordată şi adaptarea acestora pentru probleme de optimizare multicriterială în spaţiul continuu precum şi pentru probleme de programare întreagă. În 2017 vor fi abordaţi algoritmi de tip Ant Colony şi Bee Colony şi de asemenea, va fi realizat un studiu comparativ al comportării algoritmilor prezentaţi în rapoartele anterioare: Bacterial Foraging Optimization (BFO), Particle Swarming Optimization (PSO), Multi Swarming (MSO), Firefly Algorithm (FFA), Bat Algorithm (BAT), Cuckoo Search (CSA), Fireworks (FWA), Ant Colony (ANT) şi Bee Colony (BEE). Comportamentul acestor algoritmi




va fi studiat prin aplicarea în probleme de analiză a imaginilor biomedicale, în special segmentare (ca problemă de programare întreagă) şi aliniere (ca problemă de optimizare în spaţiul continuu).

11.Tema 2 Tehnici de procesare şi analiză pentru imagini digitale şi secvenţe video

Subtema 1.1 şi 2.1: În anul 2017 echipa noastră va continua într-o mare măsură cercetările anilor precedenţi. Vom aprofunda cercetările privitoare la înregistrările video colonoscopice, trecând de la faza trierii cadrelor relevante din punct de vedere al calităţii imaginii [14], la faza de analiză a acestora cu scopul de detectare a situaţiilor patologice de tipul vascularizaţiilor în exces, diverticulilor, polipilor sau adenoamelor. Vor fi determinate cele mai potrivite tehnici de procesare a cadrelor colonoscopice, incluzând preprocesarea imaginilor, segmentarea şi identificarea zonelor de interes. Vor fi favorizate tehnicile care facilitează procesarea automată a înregistrărilor video colonoscopice. Vom investiga şi posibilităţile de evaluare automată a calităţii depunerilor nanometrice prin analiza imaginilor microscopice. Vor fi valorificate astfel cercetările noastre anterioare în domeniul analizei texturii.Subtema 1.2: În ceea ce priveşte domeniul restaurării imaginilor digitale, vor fi continuate cercetările asupra modelelor deterministe de netezire, bazate pe ecuaţii cu derivate parţiale. Astfel, până în prezent am investigat în cadrul acestui domeniu modelele PDE de filtrare, bazate pe ecuaţii, liniare şi neliniare, numeroase tehnici noi fiind dezvoltate şi implementate [9-12]. Modelele de difuzie construite au utilizat atât ecuaţii de ordinul 2 [9,10,12], cât şi ecuaţii de ordinul 4, dar şi combinaţii de ecuaţii de ordinul 2 şi respectiv 4 [11]. De asemenea, am considerat diverse tehnici PDE variaţionale de netezire a imaginilor digitale [9,12].

Pe parcursul anului 2017 vom continua cercetările în această direcţie, dezvoltând noi modele neliniare de difuzie de ordinul 4, dar având un caracter anizotropic, mai performant. Aceste scheme PDE neliniare vor fi modele parabolice derivate din probleme variaţionale sau modele PDE hiperbolice. Vor fi dezvoltate şi noi scheme de aproximare numerică explicită, bazate pe metoda diferenţelor finite [13]. Totodată propunem investigaţii matematice riguroase pentru aceste modele PDE de filtrare, tratând pentru fiecare existenţa soluţiei, unicitatea acesteia, consistenţa, stabilitatea şi convergenţa schemei de aproximare numerică [13].Subtema 2.2: De asemenea, deschidem o direcţie nouă de cercetare în analiza imaginilor pe baza ecuaţiilor cu derivate parţiale, propunând tehnici de detecţie a muchiilor din imagine utilizând modele neliniare de difuzie combinate cu procese morfologice matematice. Algoritmi robuşti de aproximare numerică vor fi propuşi şi în acest caz, precum şi tratamente matematice riguroase asupra modelelor considerate.

12.Tema 3 Metode de prelucrare neliniară a semnalelor cu aplicaţii în recunoaşterea formelor

Investigaţia propusă în cadrul Obiectivului 1 din cadrul ambelor etape este o continuare a rezultatelor anterioare obţinute în cadrul colectivului privitoare la achiziţia a semnalelor medicale de tip ECG. Dacă în anii anteriori s-a analizat cu precădere partea matematică şi aspectele particulare specifice achiziţiei comprimate dedicate semnalelor medicale de tip 1D, anul acesta se va analiza cu precădere posibilitatea implementării metodelor propuse în anii anteriori.

Cercetarea implicată în Obiectivul 2 continuă cercetări anterioare. Astfel, în 2015 s-au investigat metode de detecţie a unor componente ERP corespunzător spellingului vizual, iar în prima jumătate a anului 2016 s-au cercetat aspecte legate de detecţia caracteristicilor ERP




corespunzătoare spellingului auditiv folosind paradigma AMUSE (Auditory Multi-class Spatial ERP). Aspectele specifice ale abordărilor din anul următor sunt legate de extinderea cercetărilor, prin analiza comparativă a caracteristicilor componentelor ERP necesare recunoaşterii.

Privitor la utilizarea dinamicii neliniare a circuitelor cu comportare haotică, în etapa a doua se realizează o aplicare a rezultatelor obţinute în cercetările din anii anteriori. Etape anterioare s-au concentrat pe dezvoltarea de sisteme analogice şi discrete care să poată genera semnale de complexitate ridicată. Această proprietate constituie un aspect important cu privire la generarea semnalului purtător în transmisiile securizate. În dezvoltarea transmisiei securizate a semnalelor biomedicale se vor utiliza rezultatele analizelor statistice parcurse precum şi aspectele legate de limitările performanţelor circuitelor implementate cu componente fizic realizabile.

Aspectele vizate în cadrul obiectivelor 3 din ambele etape continuă investigaţiile anterioare. Astfel, cercetările privind condiţiile de apariţie a pattern-urilor în reţele neuronale te tip celular cu neidealităţi vor fi continuate prin investigarea unor proprietăţi bazate pe o teoremă a lui Ostrowski iar studiul unor circuite selective controlate implementabile în tehnologie CMOS este în continuare investigat cu un accent semnificativ pe influenţa variabilităţii tehnologice.

Rezultatele concrete, vizibile şi utilizabile de comunitatea ştiinţifică (şi eventual mediul economic) ale cercetării propuse sunt rezumate în tabelul corespunzător proiectului de cercetare.

Corelarea temelor şi obiectivelor cu alte teme din IIT, ARFI sau AR


Tema propusă permite valorificarea experienţei obţinute în anii anteriori, atât la nivelul colectivului cât şi a celorlalte colective din laboratorul de prelucrare a imaginilor, care au abordat teme legate de: segmentare a discului optic în imagini retinale; dezvoltarea de algoritmi hibrizi de inspiraţie biologică pentru analiza, clasificarea şi fuziunea la nivel de trăsături a imaginilor; sistem de autentificare biometrică pe baza irisului uman; segmentare automată a imaginii utilizând analiza texturii bazată pe momente şi algoritmi de clusterizare ierarhic-aglomerativi. reconstrucţia imaginii degradate prin intermediul tehnicilor variaţionale, metode de prelucrare neliniară a semnalelor cu aplicaţii în recunoaşterea formelor.


Sub-temele colectivului nostru şi obiectivele acestora sunt corelate în diverse grade cu alte teme investigate în cadrul institutului. Grade mai mari de corelare există în raport cu tematicile abordate de celelalte echipe ale colectivului de Procesare şi Analiză a Imaginilor.

Astfel, obiectivele propuse de noi referitoare la procesarea înregistrărilor video colonoscopice, precum şi cele referitoare la netezirea şi restaurarea imaginilor sunt perfect corelabile cu obiectivele echipei de cercetare din cadrul institutului, condusă de Florin Rotaru, care se referă la analiza imaginilor biomedicale prin metode ale inteligenţei artificiale. Modelele de filtrare de tip PDE pe care le investigăm pot efectua cu succes netezirea unor imagini cu caracter medical. În acelaşi timp vom putea testa şi noi unele metode dezvoltate de echipa menţionată mai sus pe cadrele colonoscopice, aceasta conducând la îmbunătăţirea performanţelor ambelor echipe de cercetare.

Rezultatele concrete propuse, vizibile şi utilizabile de comunitatea ştiinţifică





rapoarte de cercetare;cel puţin 6 lucrări la reviste indexate BDI sau conferinţe internaţionale (IEEE sau

echivalente) şi 2 comunicări;implementări software pentru simularea metodelor şi algoritmilor dezvoltaţi în cadrul

cercetărilor;

Etapa 1. Metode ale inteligenţei artificiale în analiza şi regăsirea imaginilor biomedicale

Subtema 1.1 Optimizarea tehnicilor de clasificare artere/vene în imagini de fund de ochi.

- Rafinarea şi dezvoltarea metodei de clasificare;- Validarea metodelor de evaluare pe baze de date medicale.

- Secţiune în raportul de cercetare,

- O lucrare la conferinţă sau revistă BDI.

Subtema 1.2 Studiu privind utilizarea algoritmilor Bee şi Ant Colony pentru probleme de programare întreagă cu aplicaţii în analiza imaginilor biomedicale.

- Studiu privind utilizarea algoritmilor de optimizare Bee şi Ant Colony în analiza şi fuziunea imaginilor;

- Segmentare cu număr variabil de praguri în imagini color prin optimizare întreagă cu algoritmi meta-euristici de inspiraţie naturală.


- Cel puţin o lucrare la conferinţă sau revistă BDI.

Subtema 1.3 Dezvoltarea şi testarea unei metode de regăsire a imaginilor în baze de date de imagini utilizând descriptori statistici de culoare şi spaţialitate.

- Dezvoltarea unei metode de regăsire a imaginilor în baze de date de imagini utilizând descriptori statistici de culoare şi spaţialitate.

- Validarea metodei de regăsire pe o bază de date conţinând imagini color în spaţiile de culoare RGB, HSV şi LAB.






Etapa 2. Metode ale inteligenţei artificiale în analiza imaginilor biomedicale şi analiza mişcării.

Subtema 2.1 Studiu privind analiza secvenţelor video ale unor experimente cu animale de laborator. Implementări software.

- Analiza principalelor tehnici de urmărire şi procesare a traiectoriilor achiziţionate.

- Implementarea metodei de urmărire (tracking);- Analiza datelor achiziţionate în prima etapă de tracking.



Subtema 2.2 Studiu comparativ privind utilizarea algoritmilor de inspiraţie naturală în probleme de optimizare specifice prelucrării de imagini.

- Optimizări şi hibridizare în algoritmii meta-euristici de inspiraţie naturală.- Studiu comparativ al comportamentului algoritmilor meta-euristici BFO,

PSO, MSO, FFA, CSA, FWA, ANT şi BEE în probleme de optimizare în spaţiul continuu cu aplicaţii în alinierea imaginilor bio-medicale multimodale.



Subtema 2.3 Dezvoltarea şi testarea unei metode de regăsire a imaginilor în baze de date de imagini utilizând descriptori SIFT şi descriptori statistici de culoare şi spaţialitate.

- Dezvoltarea metodei de regăsire a imaginilor (propusă în Subtema 1.3) prin utilizarea descriptorilor SIFT.

- Validarea metodei combinate de regăsire a imaginilor pe o bază de date conţinând imagini color şi pe spaţiile de culoare RGB, HSV şi LAB.



Implicarea cercetătorilor în realizarea obiectivelor in cadrul Temei 1Cercetători

Florin Rotaru

Hariton Costin

(½)

Silviu-Ioan

Bejinariu

Mihaela Luca

Ioan Păvăloi

Florin Iftene

(½)

Cristina Niţă

Ramona Luca

Camelia Lazăr

Subt

eme

1.1 100% 50% 50% 50%1.2 ½ 100% 25% ½

100% 100%

1.3 100% 50%2.1 100% 5% 50% 50% 50%2.2 ½ 100% 40% ½

100% 100%

2.3 5% 100% 50%În anul 2017, următorii cercetători sunt implicaţi şi în alte teme / proiecte de cercetare, motiv pentru care, în cadrul Temei 1 au o alocare parţială a normei de cercetare, după cum urmează:

Silviu-Ioan Bejinariu – 25% în etapa I şi 50% în etapa II,Mihaela Luca – 50% în fiecare dintre etapele I şi II,Ramona Luca – 50% în fiecare dintre etapele I şi II.


Suntem încrezători că vom obţine rezultate la fel de bune ca în anii anteriori în urma cercetărilor noastre din 2017. Tehnicile propuse de colectivul nostru vor fi de asemenea implementate în rutine software, producând rezultate concrete care pot fi utilizate cu uşurinţă de




comunitatea ştiinţifică. În acest sens, principalele rezultate implementabile urmărite de noi sunt, după cum urmează: metode de preprocesare şi îmbunătăţire a cadrelor colonoscopice; metode de detectare a unor zone patologice în cadrele colonoscopice pentru asistarea diagnozei medicale; metode de preprocesare şi analiză a imaginilor microscopice reprezentând depuneri nanometrice; tehnici de tip PDE neliniare de ordin 4 anizotropice; noi scheme de aproximare numerică discretizând scheme PDE de ordinul 2 şi 4; modele PDE de extragere a muchiilor.

În ceea ce priveşte restaurarea imaginilor digitale, este evidentă importanţa acestui domeniu pentru alte arii de activitate. Aplicaţiile de netezire imagistică construite de noi, şi bazate pe modele PDE şi variaţionale, oferă o filtrare mult superioară faţă de tehnicile clasice, convenţionale. Datorită procesării rapide, eficienţei mult sporite a filtrării, eliminării efectelor nedorite, precum cel al blurării, efectului de scară ori zgomotului speckle, algoritmii pe care îi propunem sunt preferabili multora dintre metodele de restaurare existente. De asemenea, algoritmii de detecţie pe care urmărim să-i dezvoltăm depăşesc ca performanţă tehnicile de completare din state of the art.

Rezultatele cercetărilor noastre din 2017 vor fi diseminate într-o serie de publicaţii internaţionale recunoscute (jurnale ISI sau indexate în bazele de date internaţionale, volume ale unor conferinţe internaţionale recunoscute) şi prezentate la diverse manifestări ştiinţifice naţionale şi internaţionale. Promovarea şi diseminarea eficientă a acestor rezultate obţinute va contribui la o sporită vizibilitate a cercetărilor noastre în rândul comunităţii ştiinţifice internaţionale.

Etapa 1: Algoritmi de filtrare pe baza ecuaţiilor de difuzie şi de analiză a imaginilor medicale

Subtema 1.1 Tehnici de detecţie a regiunilor patogene în înregistrări video colonoscopice

- Obţinerea unor înregistrări video colonoscopice- Extragerea cadrelor din înregistrările colonoscopice şi eliminarea automată a

celor nerelevante - Testarea de metode de preprocesare, segmentare şi identificare a formelor

pentru detectarea regiunilor patogene şi alegerea celor mai eficiente configuraţii de procesare imagistică


- 1 lucrare la conferinţă sau revistă ISI/BDI.

Subtema 1.2 Metode de netezire prin intermediul modelelor neliniare PDE de ordinul 4

- Dezvoltarea unor noi modele neliniare de difuzie de ordinul 4 cu caracter anizotropic şi performanţe îmbunătăţite

- Investigarea matematică riguroasă a existenţei şi unicităţii soluţiilor, stabilităţii şi consistenţei noilor modele

- Implementarea unor scheme robuste şi consistente de aproximare numerică şi testarea modelelor din punctul de vedere al capacităţii de netezire a imaginilor digitale.


- 1 lucrare la conferinţă sau revistă ISI/BDI.

Etapa 2: Noi tehnici de analiză imagistică bazate pe modele diferenţiale şi caracteristici de textură

Subtema 2.1 Metode de analiză a depunerilor nanometrice în imagini microscopice

- Constituirea unei baze de date cu imagini microscopice reprezentând depuneri nanometrice

- Testarea de metode de preprocesare, detecţie a texturilor şi clasificare a depunerilor nanometrice şi alegerea celor care conduc la o evaluare automată a calităţii acestora


- Cel puţin o lucrare la conferinţă sau revistă ISI/BDI.




Subtema 2.2 Modele de detecţie a muchiilor din imagine bazate pe difuzii neliniare de ordinul doi şi procese morfologice

- Propunerea de modele neliniare de difuzie utilizabile în detecţia muchiilor - Utilizarea acestora în combinaţie cu procese morfologice matematice- Testarea noilor metode obţinute în acest fel


- Cel puţin o lucrare la conferinţă sau revistă ISI/BDI.


Etapa 1: Studiul unor metode de compresie şi prelucrare de semnalObiectiv 1.1 Proiectarea şi implementarea tehnicilor de achiziţie

comprimată în aplicaţii dedicate semnalelor medicale – partea I

- Proiectarea tehnicilor de achiziţie comprimată- Implementarea tehnicilor proiectate

- Raport de activitate / Trimiterea unei lucrări la conferinţă / revista BDI

Obiectiv 1.2 Studiul variabilităţii valorilor parametrilor unor forme relevante de undă în semnalele ERP în aplicaţiile video şi audio speller de tip “single trial BCI”

- Analiza caracteristicilor componentelor ERP comparative pentru excitaţie vizuală şi auditivă

- Analiza multivariată a semnificaţiei canalelor EEG pentru detecţia componentelor, în cele două situaţii


Obiectiv 1.3 Studiul comportării reţelelor neuronale celulare dublu strat la variaţii ale parametrilor celulelor.

- Analiza efectelor variaţiilor mici ale parametrilor celulelor în jurul valorilor nominale pentru reţele dublu strat.

- Studiul spaţiului Turing în legătură cu conservarea instabilităţii şi apariţia pattern-urilor pentru reţele neomogene


Etapa 2: Studiul unor tehnici de prelucrare de semnal şi a unor arhitecturi de circuite analogice




Obiectiv 2.1 Proiectarea şi Implementarea tehnicilor de achiziţie comprimată în aplicaţii dedicate semnalelor medicale – partea II

- Implementarea tehnicilor- Testarea şi validarea aplicaţiilor

- Raport de activitate/ Trimiterea unei lucrări la conferinţă / revista BDI

Obiectiv 2.2 Utilizarea metodelor neliniare de transmisie securizată la transmiterea unor semnale modulatoare particulare biomedicale, uni- şi bi-dimensionale.

- Adaptarea sistemelor neliniare de emisie şi recepţie la aplicaţiile biomedicale

- Identificarea metodelor de pre-procesare a semnalelor uni- şi bi-dimensionale pentru transmisie securizată

- Estimarea imperfecţiunilor de demodulare neliniară specifice transmisiei semnalelor biomedicale


Obiectiv 2.3 Studiul performanţelor unor circuite selective de prelucrare de semnal în tehnologie CMOS

- Investigarea modalităţilor de control al factorului de calitate şi frecvenţei centrale pentru un rezonator cu inductor simulat.

- Studiul unei arhitecturi de filtru reconfigurabil controlat electronic .- Studiul posibilităţilor de implementare a unei arhitecturi de reţea neuronal

cu Laplacean ponderat impus.

- Raport de activitate/ Trimiterea unei lucrări la conferinţă / revista BDI

Bibliografie


Subtema 1.1 1. B. Dashtbozorg, A. M. Mendonça, and A. Campilho. “An Automatic Graph-Based Approach for Artery/Vein

Classification in Retinal Images”, IEEE Transactions On Image Processing, 23(3), pp. 1073-1083, 2014.2. B. Dashtbozorg, “Advanced Image Analysis for the Assessment of Retinal Vascular Changes" Ph.D, Thesis,

University of Porto, 2015.3. T.A. Qureshi, “Extraction of Arterial and Venous Trees from Disconnected Vessel Segments in Fundus

Images”, Ph.D. Thesis, University of Lincoln, UK, 2016.4. Q. P. Lau, M. L. Lee, W. Hsu, and T. Y. Wong, “Simultaneously Identifying All True Vessels From Segmented

Retinal Images”, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 60(7), pp. 1851-1858, 2013.5. K. Rothaus, X. Jiang, P. Rhiem , “Separation of the retinal vascular graph in arteries and veins based upon

structural knowledge”, Image and Vision Computing, 27, pp. 864–875, 2009.6. R. Estrada, M. J. Allingham, P. S. Mettu, S. W. Cousins, C. Tomasi, and S. Farsiu. “Retinal artery-vein

classification via topology estimation”, IEEE Transactions on Medical Imaging, in press, 2015.Subtema 1.2 şi 2.21. Ahmed Fouad Ali, Accelerated Bat Algorithm for Solving Integer Programming Problems, Egyptian

Computer Science Journal Vol. 39 No. 1 January 20152. Binitha S, S Siva Sathya, ”A Survey of Bio inspired Optimization Algorithms”, International Journal of Soft

Computing and Engineering (IJSCE), ISSN: 2231-2307, Vol. 2, Issue 2, May 2012.3. Jurgen Branke, Kalyanmoy Deb, Kaisa Miettinen Roman, Słowi´nski (Eds.), Multiobjective Optimization

Interactive and Evolutionary Approaches, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 20084. J. Brownlee, Clever Algorithms, Nature-Inspired Programming Recipes, First Edition. LuLu. January 2011,

http://www.cleveralgorithms.com/ nature-inspired/immune/dca.html.5. Carlos A. Coello Coello, Gary B. Lamont and David A. Van Veldhuizen, Evolutionary Algorithms for Solving

Multi-Objective Problems, 2007 Springer Science+Business Media, LLC6. L. DJEROU, N. KHELIL, N. H. DEHIMI and M. BATOUCHE, Automatic Multi-Level Thresholding

Segmentation Based on Multi-Objective Optimization, Journal of Applied Computer Science & Mathematics, no. 13 (6) /2012, Suceava




7. Leila DJEROU, Naceur KHELIL, Bilal KHOMRI, Mohamed BATOUCHE, Image Thresholding Based on Bacterial Foraging and Pareto Multiobjective Optimization, Journal of Applied Computer Science & Mathematics, no. 14 (7) /2013, Suceava

8. Iztok Fister Jr., Xin-She Yang, Iztok Fister, Janez Brest, Dusan Fister, ”A Brief Review of Nature-Inspired Algorithms for Optimization”, Elektrotehniski Vestnik, 80(3): 116–122, 2013.

9. M.-H. Horng, vector quantization using the firefly algorithm for image compression, Expert Systems with Applications, Vol. 38, (2011).

10. Slawomir Koziel, Leifur Leifsson, Xin-She Yang (eds), Solving Computationally Expensive Engineering Problems. Methods and Applications, Springer International Publishing Switzerland 2014

11. Maoguo Gong, Qing Cai, Xiaowei Chen, Lijia Ma, ”Complex Network Clustering by Multiobjective Discrete Particle Swarm Optimization Based on Decomposition”, IEEE Transactions on Evolutionary Computation, Vol. 18, No. 1, 2014.

12. S. H. Mukta, R. Islam and S. M. Hasnayen, Multiobjective Optimization Using Genetic Algorithm, International Journal of Emerging Trends & Technology in Computer Science, vol 1(3), 2013

13. Patrick Siarry (ed), Optimization in Signal and Image Processing, ISTE Ltd, 2009.14. Tsang Wai Pong Wilburn, Bio-inspired Algorithms for Single and Multi-Objective Optimization, thesis for

degree of Master of Philosophy at The University of Hong Kong, April 2009.15. F. Wang, L. Lou, X. He, Y. Wang, Hybrid optimization algorithm of PSO and Cuckoo Search, in: Proc. of 2nd

Int. Conference on Artificial Intelligence, Management Science and Electronic Commerce (AIMSEC'11), pp. 1172-1175 (2011).

16. Xiaolin Wu, Fellow, IEEE, A Linear Programming Approach for Optimal Contrast-Tone Mapping, IEEE TRANSACTIONS ON IMAGE PROCESSING, VOL. 20, NO. 5, MAY 2011

17. Yang Xinfeng and Liu Zhiyuan, Study on Multi-objective Optimization Problem of Multi-source Image Fusion, The Open Cybernetics & Systemics Journal, 9, 170-177, 2015.

18. Xin-She Yang, Nature-Inspired Metaheuristic Algorithms, 2-nd edition, University of Cambridge, United Kingdom, Luniver Press, 2010.

19. X. S. Yang and A. H. Gandomi, Bat algorithm: a novel approach for global engineering optimization, Engineering Computations, Vol. 29, No. 5, pp. 464-483 (2012)

20. Xin-She Yanga, Seyyed Soheil Sadat Hosseinib, Amir Hossein Gandomi, Firefly Algorithm for solving non-convex economic dispatch problems with valve loading effect, Applied Soft Computing 12 (2012) 1180–1186

21. Ying Tan and Yuanchun Zhu, , Fireworks Algorithm for Optimization, LNCS 6145, pp. 355–364, 2010.22. Shaoqiu Zheng, Andreas Janecek and Ying Tan, Enhanced Fireworks Algorithm, 2013 IEEE Congress on

Evolutionary ComputationSubtema 1.3 şi 2.31. Yaru Wang, HongXin Li, LongKui Wang, Similar Image Retrieval Using Color Histogram in HSV Space and

SIFT Descriptor with FLANN, Foundations of Intelligent Systems, Volume 277 of the series Advances in Intelligent Systems and Computing pp 1085-1093, 2014

2. A Douik, Content based image retrieval using local and global features descriptor, Advanced Technologies for Signal and Image Processing (ATSIP), 2016 2nd International Conference on, 21-23 March 2016, Monastir, Tunisia

3. Kimaya S. Meshram ,Ajay M. Agarkar, Content Based Image Retrieval Systems using SIFT: A Survey, SSRG International Journal of Electronics and Communication Engineering (SSRG-IJECE) – Volume 2 Issue 10–October 2015

4. I. Păvăloi, A. Ciobanu, M. Luca, “Iris Classification Using WinICC and LAB Color Features”, 4th IEEE International Conference on e-Health and Bioengineering - EHB 2013, Iaşi, România, pp. 21-23, November 2013.

5. Ioan Păvăloi, Anca Ignat, Iris Recognition using Color and Texture Features, 7th International Workshop on Soft Computing Applications, Arad, Romania

6. I. Păvăloi, A. Ignat, “A Simple Global Color Criterion for Image Retrieval”, accepted at the 13-th Intl. Conf. on DEVELOPMENT AND APPLICATION SYSTEMS, Suceava, Romania, May 19-21, 2016.

7. I. Păvăloi, Iris Recognition using Spatial Color Indexing, Buletinul Institutului Politehnic, Iaşi, Tomul LX (LXIV), Fasc. 1, 2016.

Subtema 2.11. R. Farah, J.M. P. Langlois, G.A, Bilodeau, “RAT: Robust animal tracking“, IEEE International Symposium on

Robotic and Sensors Environments (ROSE), 2011, Montreal, Canada.2. I. Ishii, S. Kurozumi, K. Orito, and H. Matsuda, “Automatic Scratching Pattern Detection for Laboratory Mice

Using High-Speed Video Images”, IEEE TRANSACTIONS ON AUTOMATION SCIENCE AND ENGINEERING, VOL. 5, NO. 1, JANUARY 2008.

3. D. Koniar, L. Hargas, Z. Loncová, F. Duchon, P. Beno, “Machine vision application in animal trajectory tracking”, Computer Methods and Programs in Biomedicine, 127, Elsevier, pp. 258-272, Elsevier, 2016.




4. E. Lomakina Rumyantseva, P. Voronin, D. Kropotov, D. Vetrov, and A. Konushin, “Video Tracking and Behaviour Segmentation of Laboratory Rodents”, Pattern Recognition and Image Analysis, 2009, Vol. 19, No. 4, pp. 616–622I.


1. P. Perona, J. Malik, “Scale-space and edge detection using anisotropic diffusion”, Proc. of IEEE Computer Society Workshop on Computer Vision, pp. 16–22, 1987.2. Y. L. You, M. Kaveh, “Fourth-order partial differential equations for noise removal”, IEEE Transactions on Image Processing, 9, pp. 1723–1730, 2000.3. M. Costin, M. Zbancioc, O. Baltag, S. Bejinariu, “Microwave Imagistic and Data Processing Software for Early Breast Cancer Detection”, in Information Processing and Management of Uncertainty in Knowledge Based Systems, IPMU 2008, 22-27 July, Malaga, Spain.

4. M. Costin, F. Rotaru, C. Ştefănescu, O. Baltag, D. Costandache, “3D Breast Shape Reconstruction for a Non-Invasive Early Cancer Diagnosis System”, SOFA 2007, 2nd IEEE International Workshop on Soft Computing Applications, 21-23 August 2007, Gyula, Hungary - Oradea, Romania, pag. 45-50.

5. M. Costin, O. Baltag, “Medical Image Processing Useful Tool in Cancer Diagnosis”, ACS’07, Venice, Italy, Nov. 2007, in Proceedings of 7th International Conference on Applied Computer Science, Roberto Revetria, Antonella Cecchi, Maurizio Schenone, Valeri M. Mladenov, and Alexander Zemliak (Eds.), Vol. 7. World Scientific and Engineering Academy and Society, Stevens Point, Wisconsin, USA, pag. 282-287, 2007.6. M. Costin, O Baltag, C. Ştefănescu, A. Ciobanu, S. Bejinariu, “Microwave Medical Imaging in a Non-Invasive Breast Cancer Diagnosis System” ACS’07, Venice, Italy, Nov. 2007, in Proc. of 7th International Conference on Applied Computer Science, Roberto Revetria, Antonella Cecchi, Maurizio Schenone, Valeri M. Mladenov, and Alexander Zemliak (Eds.), Vol. 7. World Scientific and Engineering Academy and Society, Stevens Point, Wisconsin, USA, pag. 288-293.

7. A. Ciobanu, I. Păvăloi, M. Luca, E. Muscă: „Color Feature Vectors Based on Optimal LAB Histogram Bins”, Proceedings of the 12th IEEE International Conference on Development and Application Systems - DAS 2014, Suceava, Romania, 15-17 mai 2014.

8. X. Descombes, E. Zhizhina, „Image Denoising using Stochastic Differential Equations”, RR-4814, 2003. <inria-00071772>.

9. T. Barbu, Variational Image Denoising Approach with Diffusion Porous Media Flow, Abstract and Applied Analysis, Volume 2013, Article ID 856876, 8 pages, Hindawi Publishing Corporation, 2013.10. T. Barbu, A. Favini, Rigorous mathematical investigation of a nonlinear anisotropic diffusion-based image restoration model, Electronic Journal of Differential Equations, Vol. 2014, No. 129, pp. 1-9, 2014.

11. T. Barbu, PDE-based restoration model using nonlinear second and fourth order diffusions, Proceedings of the Romanian Academy, Series A: Mathematics, Physics, Technical Sciences, Information Science, accepted in Oct. 2014, to appear.12. T. Barbu, A Novel Variational PDE Technique for Image Denoising, Lecture Notes in Computer Science (Proc. of the 20th International Conference on Neural Information Processing, ICONIP 2013, part III, Daegu, Korea, Nov. 3-7, 2013), Vol. 8228, pp. 501 - 508, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, M. Lee et al. (Eds.), 2013.13. P. Johnson, Finite Difference for PDEs, School of Mathematics, University of Manchester, Semester I, 2008.14. Manivannan, S., Ruixuan W., Trucco, E., Hood, A, Automatic normal-abnormal video frame classification for colonoscopy, 2013 IEEE 10th Intern. Symp. on Biomed. Imaging (ISBI), 7-11 April 2013. 15. Shunren Xia; Dingfei Ge; Mo, Weirong; Zanchao Zhang, A Content-Based Retrieval System for Endoscopic Images, International Journal of Information Technology Vol.11, No. 12, 2005.


1. A. D. Berny, A. M. Niknejad, and R. G. Meyer, “A 1.8-GHz LC VCO with 1.3-GHz tuning range and digital amplitude calibration,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 40, no. 4, pp. 909–917, Apr, 2005.

2. F. Herzel, H. Erzgraber, and N. Ilkov,“A new approach to fully integrated CMOS LC-oscillators with a very large tuning range,” in Proc. IEEE Custom Integr. Circuits Conf., pp. 573–576, May 2000.




3. Z. Li and K. K. O, “A 1-V low phase noise multi-band CMOS voltage controlled oscillator with switched inductors and capacitors,” in Proc.IEEE Radio Freq. Integr. Circuits Symp. Dig., pp. 467–470, Jun. 2004.

4. L. Lu, and Y. Liao, “A wide tunning-range CMOS VCO with a differential tunable active inductor,” Proc. IEEE Radio Freq. Integr. Circuits Symp. Dig., pp. 467–470, Sep. 2006.

5. R. Mukhopadhyay, Y. Park, P. Sen, N. Srirattana, J. Lee, C.-H. Lee, S. Nuttinck, A. Joseph, J. D. Cressler, and J. Laskar, “Reconfigurable RFICs in Si-based technologies for a compact intelligent RF frontend,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 53, no. 1, pp. 81–93, Jan. 2005.

6. S. Kvatinsky, E. G. Friedman, A. Kolodny, and U. C. Weiser, "TEAM - Threshold Adaptive Memristor Model," IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Paper, Vol. 60, No. 1, pp. 211-221, January 2013.

7. S. Kvatinsky, N. Wald, G. Satat, E. G. Friedman, A. Kolodny, and U. C. Weiser, "Memristor-based Material Implication (IMPLY) Logic: Design Principles and Methodologies," IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI), (in press).

8. Y. Levy, J. Bruk, Y. Cassuto, E. G. Friedman, A. Kolodny, E. Yaacobi, and S. Kvatinsky, "Logic Operation in Memory Using a Memristive Akers Array," Microelectronics Journal, (in press).

9. R. Patel, S. Kvatinsky, E. G. Friedman, and A. Kolodny, "Multistate Register Based on Resistive RAM," IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI), (in press).

10. Zigel, Y. , The weighted diagnostic distortion (WDD) measure for ECG signal compression, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol 12, 2000

11. S. Fukuzumi,et.al., A New Computational Method for Single-Trial-EEG-Based BCI, in HIMI 2014, Lecture Notes in Computer Science , Springer Link, Vol. 8521, pp 148-156, 2014

12. L. Tonin et al., An online EEG BCI based on covert visuospatial attention in absence of exogenous stimulation, J. Neural Eng. 10, IOP Publishing, 2013

13. G. Sannino, I. De Falco, G. De Pietro, An Automatic Rules Extraction Approach to Support OSA Events Detection in an mHealth System, IEEE JOURNAL OF BIOMEDICAL AND HEALTH INFORMATICS, Vol. 18[ 5], 1518-1524, 2014

14. H.-N. TEODORESCU, “Iterated Maps with Exponential Slopes for Nonlinear Dynamics Generation” , Proceedings of AES 2014 - Pilsen, 9-11 Sept. 2014, pp. 293-296.

15. ANDREATOS, A. S., VOLOS, C. K., “Secure Text Encryption Based on Hardware Chaotic Noise Generator”, 2nd International Conference on Cryptography and Its Applications in the Armed Forces, 2014

16. J. Höhne, M. Schreuder, B. Blankertz, and M. Tangermann, A novel 9-class auditory ERP paradigm driving a predictive text entry system”, Frontiers in Neuroscience, vol.5, art. 99 (online), 2011.

17. Yohann Lelievre, et al., Single Trial BCI Classification Accuracy Improvement for the Novel Virtual Sound Movement–based Spatial Auditory Paradigm, Proc. Of APSIPA ASC, oct. 2013.

18. S. Goa, Y. Wang, X. Gao, “B.Hong, “Visual and Auditory Brain-Computer Interfaces”, IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, VOL. 61, NO. 5, 1437-1447, 2014.

19. C.Piazza, et al., ICA-derived cortical responses indexing rapid multi-feature auditory processing in six-month-old infants, NeuroImage, Elsevier, 133, 75-87, 2016

20. J. Höhne, M. Tangermann, Towards User-Friendly Spelling with an Auditory Brain-Computer Interface: The CharStreamer Paradigm. PLoS ONE 9(6): e98322, 2014.

21. J. R. Piper, J. C. Sprott, “Simple autonomous chaotic circuits”, IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, Vol. 57, No. 9, pp. 730-734, September 2010.

22. C. Li, J. C. Sprott, W. Thio, H. Zhu, “A unique signum switch for chaos and hyperchaos” 7th International Conference on Physics and Control (PhysCon 2015), Istambul, Turkey, 19-22 August 2015.

23. Andreatos, A. S., Volos, C. K., “Secure Text Encryption Based on Hardware Chaotic Noise Generator”, 2nd International Conference on Cryptography and Its Applications in the Armed Forces, 2014

24. H.Xiao, R. Schaumann, “A 5.4 GHz high-Q tunable active-inductor bandpass filter in standard digital CMOS technology”, Analog Integr Circ Sig Process (2007) 51:1-9.

25. A. I. Karşilayan, R. Schaumann, “A High-Frequency High-Q Cmos Active Inductor with DC Bias Control”, Proc 43rd IEEE Midwest Symp. On Circuits and Systems, Lansing MI, Aug 8-11, 2000, pp 486-489.

26. Dr. M. Z. Mohammed, “Generalized Analysis of Third Order Systems”, Journal of the Institution of Engineers vol 57., pt. ET 1, Aug. 1976

27. J.Manjula, Dr.S.Malarvizhi, Kattangulathur, Tamil Nadu, „Performance Analysis of Active Inductor Based Tunable Band Pass Filter for Multiband RF Front end, International Journal of Engineering and Technology, Vol 5 No Jun-Jul 2013

Publicaţiile colectivului in anul 2016 pe tematica propusa:

http://www.researchgate.net/journal/0018-9294_IEEE_Transactions_on_Biomedical_Engineering

http://www.researchgate.net/journal/0018-9294_IEEE_Transactions_on_Biomedical_Engineering

http://ieeexplore.ieee.org/search/searchresult.jsp?searchWithin=p_Authors:.QT.Zigel,%20Y..QT.&searchWithin=p_Author_Ids:37394190600&newsearch=true




1. Monica Fira, Liviu Goras, Victor-Andrei Maiorescu and Mihaela Catalina Luca, Compressed Sensing and Clasification of Cardiac Beats Using Patient Specific Dictionaries, International Conference of Information and Communication Technologies for Ageing Well and e-Health - ICT4AWE2016, Roma, Italia, 21-22 aprilie 2016

2. Monica Fira, Liviu Goras, Victor-Andrei Maiorescu, The Analysis of the Specific Dictionaries for Compressive Sensing of EEG Signals, International Conference on Advances in Computer-Human Interactions - ACHI 2016, Veneţia, Italia, 24-28 aprilie 2016

3. Monica Fira, Liviu Goras, On Compressed Sensing for EEG Signals - Validation with P300 Speller Paradigm, International Conference on Communications COMMS 2016 , Bucharest, Romania, 9-11 iunie 2016, DOI: 10.1109/ICComm.2016.7528296 (indexata IEEE Xplore)

4. Monica Fira, Compressed Sensing of Multi-Channel EEG Signals: quantitative and qualitative evaluation with Speller Paradigm, International Journal of Advanced Computer Science and Applications (IJACSA), Vol. 7, No. 6, 2016 (revista indexata ISI - Thomson Reuters)

5. Monica Feraru, Monica Fira şi Marius Zbancioc A new emotional corpus for the Romanian Language , International Conference on Development and Application Systems, DAS 2016, 19-21 mai 2016, Suceava, Romania (indexata IEEE Xplore)

6. Monica Fira, Andrei Maiorescu, "P300 spelling and EEG compressed sensed based on a universal megadictionary", International Conference on Intelligent Software Methodologies, Tools and Techniques - SOMET 2016, Larnaca, Cipru, 12-14 septembrie 2016 (Volume 286: New Trends in Software Methodologies, Tools and Techniques, Series Frontiers in Artificial Intelligence and Applications, IOS press, DOI 10.3233/978-1-61499-674-3-203, pp: 203 - 212)

7. Monica Fira, Liviu Goras, Comparison of inter-and intra-subject variability of P300 spelling dictionary in EEG compressed sensing, International Journal of Advanced Computer Science and Applications (IJACSA), Vol. 7, No. 10, 2016 (revista indexata ISI - Thomson Reuters)

8. Victor Grigoraş, Carmen Grigoraş, Complex dynamics in hysteretic nonlinear oscilator circuit, trimisă pentru publicare în Proceedings of the Romanian Academy-series A: Mathematics, Physics, Technical Sciences, Information Science 2016

9. Carmen Grigoraş, Victor Grigoraş, Programable discrete-time chaos generator, trimisă spre publicare în International Journal of Computers Communications and Control 2016

10. Carmen Grigoraş, Camelia Lazăr, Victor Grigoraş, Analysis of the detection results of some audio-ERP patterns, trimisă spre publicare în Buletinul Institutului Politehnic din Iasi, Secţia Electrotehnică, Energetică, Electronică, 2016

11. Liviu Goraş, On Spatio-Temporal Dynamics in Homogeneous and Nonhomogeneous Cellular Neural Networks, Conferinţa Academiei de Stiinţe Tehnice din Romania, Tg Mureş 6-7 Oct.2016

12. Liviu Goras, Stefan Viorel Savinescu, A note on order reduction in frequency selective systems, NEUREL 2016 Belgrade 24-26 nov. 2016

Colaborări

- Prof. Angelo Favini, Facultatea de Matematică a Universităţii Bologna, Italia;

- Prof. dr. Traian Mihăescu, Universitatea de Medicină şi Farmacie “Gr. T. Popa” Iaşi;

- Centrul de Cercetări Biomedicale al Filialei Iaşi a Academiei Române.

Buget minimal solicitat

- Fond de salarii conform statului de funcţii,

- Cheltuieli pentru consumabile,

- Cheltuieli pentru deplasări şi cheltuieli materiale diverse.


CS II dr. Vasile Apopei CS III Silviu-Ioan Bejinariu

http://www.ebooks.iospress.com/bookseries/frontiers-in-artificial-intelligence-and-applications

http://www.ebooks.iospress.com/volume/new-trends-in-software-methodologies-tools-and-techniques-proceedings-of-the-fifteenth-somet-16

http://www.ebooks.iospress.com/volume/new-trends-in-software-methodologies-tools-and-techniques-proceedings-of-the-fifteenth-somet-16

http://dx.doi.org/10.1109/ICComm.2016.7528296




INSTITUTUL DE INFORMATICĂ TEORETICĂACADEMIA ROMÂNĂ, FILIALA IAŞI

PROIECT DE CERCETARE nr. 3 / 2017

a) Denumire temă: Analiza dinamicii sistemelor complexe (cantitativ şi calitativ)

b) Coordonator:

CS I dr. Gabriel Ciobanu

c) Colectiv de cercetare:

CS I dr. Gabriel Ciobanu (coordonator)

CS III dr. Bogdan Aman

CS dr. Andrei Alexandru

d) Colaboratori:

Prof. dr. Eneia Nicolae Todoran (Univ. Tehnică Cluj, RO) Lect. dr. Cristian Văideanu (Univ. "Al.I.Cuza" Iaşi, RO) Conf. dr. Dragoş Sburlan (Univ. Ovidius Constanţa, RO) Conf. Ross Horne (Nanyang Technological University ) Prof. dr. Maciej Koutny (Univ. Newcastle, UK) Prof. dr. Rudolf Freund (Univ. Viena, Austria)

e) Termene de realizare:Etapa I: Sisteme dinamice complexe bazate pe interacţiune.

Raport de cercetare 15.06.2017Etapa II: Modelarea şi verificarea sistemelor complexe.

Raport de cercetare 31.12.2017

Stadiul Actual

https://www.google.ro/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwin9sDk4P_PAhUiEpoKHY8ECy8QFggoMAA&url=http0%25%25www.ntu.edu.sg%25home%25rhorne%25&usg=AFQjCNF9huLHmc0F6Ip4VZNeYDu9S9sb3A




Printre preocupările grupului nostru din ultimii ani se află următoarea temă: Analiza dinamicii sistemelor complexe din punct de vedere cantitativ şi calitativ.

1. Analiza dinamicii sistemelor complexe (cantitativ şi calitativ)

Am definit şi studiat algebra de procese TiMo, care reprezintă un formalism care modelează procesele ce migrează între locaţiile unor sisteme distribuite, primesc şi transmit date, iar aceste acţiuni pot fi controlate prin mecanisme de măsurat timpul. Pornind de la aceasta algebră de procese, am definit o noua algebră de procese pTiMo în care migraţia şi interacţiunile în sistemele complexe depind de ceasuri şi probabilităţi. Semantica acestei noi algebre de procese este prezentată în termeni de lanţuri Markov. Logicile şi instrumentele software cantitative (e.g., PRISM) nu suportă în mod explicit verificarea proprietăţilor care depind de ceasuri locale, multiseturi de tranziţii maximale şi locaţii. Pentru a putea verifica asemenea proprietăţi, am definit o logică temporal-probabilistică PTLM pentru pTiMo. În plus am propus un algoritm de verificare a proprietăţilor PLTM, analizându-i totodată şi complexitatea temporală.

Am definit semantici alternative pentru algebrele de procese şi am studiat formalisme noi în care locaţiile, prezenţa resurselor sau restricţiile temporale au un rol important (membrane mobile cu deplasări temporale, membrane catalitice cu temporalitate, membrane mobile cu obiecte pe suprafaţă).

Am utilizat tehnicile logicii nominale pentru a descrie noi semantici pentru diferite calcule de procese. Regulile de tranziţie din aceste semantici pot fi exprimate compact, utilizând cuantificatori în locul condiţiilor auxiliare de „freshness”. Semanticile nominale au aceeaşi putere expresivă cu semanticile uzuale ale respectivelor calcule de procese.

Abordarea bazată pe mulţimi nominale a cunoscut un mare succes în ultimii ani în informatică deoarece stabileşte un echilibru între un formalism riguros şi un raţionament informal. În prezent teoria Fraenkel-Mostowski este aplicată în logică, teoria automatelor, teoria demonstraţiei şi teoria limbajelor de programare (oferă o metodă utilă de modelare a variabilelor în programe sau formule logice). De asemenea, am utilizat axiomatica Fraenkel-Mostowski pentru a descrie diferite structuri algebrice în termeni de obiecte finit suportate.

Am studiat anumite proprietăţi ale sistemelor membranare (P systems) folosind tehnici specifice şi un program software dezvoltat pentru reţelele Petri colorate (coloured Petri nets). Am caracterizat unele subclase ale sistemelor membranare în care diverse proprietăţi calitative (accesibilitate, vivacitate) şi proprietăţi cantitative (mărginire) sunt decidabile.

Am definit o translatare formală corectă între P sisteme neuronale cu vârfuri (“spikes“) şi sinapse cu greutate într-o clasă de automate cu timp sigure. Această relaţie permite verificarea câtorva proprietăţi, atât cantitative cât şi calitative, folosind tehnici şi instrumente dezvoltate pentru automatele cu timp.

Am translatat o versiune restrânsă a P sistemelor stochastice neuronale cu impulsuri şi care folosesc o distribuţie uniformă, într-o reţea de automate cu timp, demonstrând că o asemenea translatare conservă fidel comportamentul lor. Această relaţie permite verificarea câtorva proprietăţi (atât calitative cât şi cantitative) folosind extensia statistică a verificatorului de modele din programul software complex Uppaal.

În ultimii ani am contribuit la definirea Matematicii Finit Suportată (FSM). Aceasta este o matematică cu aplicaţii în sfera ştiinţelor experimentale (precum fizică sau informatică teoretică). FSM permite modelarea mulţimilor infinite utilizând o versiune mai relaxată a




noţiunii de finititudine (şi anume noţiunea de suport finit). FSM este construită prin extinderea teoriei mulţimilor nominale definite peste o familie numărabilă de atomi, către o nouă teorie a mulţimilor invariante definite peste familii infinite, posibil nenumărabile, de atomi. Principiile ce stau la baza construirii FSM au legături istorice în definirea conceptului de noţiune logică în sens Tarskian. Astfel, în FSM orice element trebuie să fie invariant sub acţiunea canonică a permutărilor dintr-un subgrup al grupului de permutări pe o mulţime de atomi prestabilită. În ultimii trei ani am prezentat o serie de aplicaţii ale FSM în analiza statică a limbajelor de programare sau în studierea semanticii calculelor de procese. De asemenea, am prezentat un algoritm general de translatare a rezultatelor clasice din cadrul Zermelo-Fraenkel (ZF) în noul cadrul FSM. Metode generale de translatare a unui rezultat ZF în cadrul FSM sunt: metoda contructivă şi metoda meta-teoretică ce utilizează logici de ordin superior. Am punctat avantajele alegerii metodei constructive pentru a dovedi că anumite structuri sunt finit suportate. Un alt rezultat important pe aceasta linie a fost studierea consistentei principiilor de alegere in FSM. În acest sens, am reuşit să probăm inconsistenţa tuturor principiilor ZF de alegere în FSM. De asemenea, am prezentat o serie de diferenţe şi similitudini între FSM, teoria Fraenkel-Mostowski a mulţimilor, teoria mulţimilor nominale, teoria mulţimilor nominale generalizate şi maşinile Gandy.

Scopul proiectului

Temele abordate de grupul nostru au un grad mare de actualitate ştiinţifică, concretizat prin publicarea rezultatelor la nivel internaţional şi prin stabilirea de colaborări cu parteneri interesaţi de rezultatele cercetării noastre. Aceste aspecte, precum şi faptul că fragmentarea activităţilor de cercetare şi a întreruperii temelor de cercetare ar limita posibilitatea noastră de diseminare a rezultatelor obţinute, constituie o motivaţie de continuare a activităţii de cercetare pe direcţiile abordate anterior în planurile de cercetare ale grupului. Atingerea obiectivelor propuse în cadrul acestui proiect de cercetare va fi realizată prin desfăşurarea de activităţi de cercetare ştiinţifică fundamentală.

În prima etapă "Sisteme dinamice complexe bazate pe interacţiune" cercetările echipei vor avea următoarele obiective

Aspecte ale interacţiunii şi mobilităţii în sistemele concurente; Abordări logice în analiza sistemelor complexe.

În a doua etapă "Modelarea şi verificarea sistemelor complexe" studiile echipei vor

fi orientate spre Analiza dinamicii sistemelor complexe; Abordări algebrice în matematici finit suportate.

Andrei Alexandru se va ocupa de abordările logice în analiza sistemelor complexe şi de abordările algebrice în matematicile finit suportate, Bogdan Aman de utilizarea algebrelor de procese, a sistemelor membranare şi a simulatoarelor existente pentru modelarea şi verficarea interacţiunilor şi mobilităţii în sisteme concurente, iar Gabriel Ciobanu va continua cercetările în cadrul formalismului TiMo şi va coordona activitatea celor doi pentru a duce la îndeplinire obiectivele propuse.




21. Rezultate Scontate

cel puţin 3 lucrări publicate în reviste bine cotate internaţional sau volume ale unor conferinţe internaţionale;

prezentări ale rezultatelor în cadrul unor conferinţe (în măsura în care este susţinută participarea);

adaptare software legată de studiile teoretice şi de domeniile cercetate.

Valorificarea Rezultatelor

publicarea rezultatelor la nivel internaţional; atenţionarea cercetătorilor şi a finanţatorilor asupra domeniilor studiate; atragerea tinerilor în aceste domenii de perspectivă; colaborări cu posibili parteneri interesaţi de rezultatele cercetării.

22. Colaborări (in ţară):

Universitatea "Al. I. Cuza", Iaşi, Facultatea de Informatică Universitatea "Al. I. Cuza", Iaşi, Facultatea de Matematică Universitatea Tehnica Cluj-Napoca Universitatea Ovidius Constanta


CS II dr. Vasile Apopei CS I dr. Gabriel Ciobanu




ACADEMIA ROMÂNĂINSTITUTUL DE INFORMATICĂ TEORETICĂ IAŞI

PROIECT DE CERCETARE FUNDAMENTALComponentă a Programului Fundamental al Academiei Române

„Atlasul lingvistic al dialectului aromân (ALAR)”

a) Denumire Sistem pentru editarea asistată de calculator şi publicarea planşelor lingvistice ale Atlasului lingvistic al dialectului aromân (ALAR). Analiză şi modelare particularităţi de editare şi realizare planşe lingvistice.

b) Coordonator: CS II dr. Vasile ApopeiParticipanţi la realizarea proiectului1. Institutul de Informatică Teoretică al Academiei Române (IIT) – Coordonator în cadrul

Academiei Române2. Institutului de Lingvistică „Iorgu Iordan - Alexandru Rosetti” al Academiei Române

(ILIR)

c) Colectivul de cercetare din Institutul de Informatică Teoretică CS II dr. Vasile Apopei CS III dr. Silviu-Ioan Bejinariu CS drd. Ramona Luca

d) Termene de realizareEtapa 1. Analiza şi modelarea particularităţilor de editare şi realizare planşelor lingvistice

pentru Atlasul lingvistic al dialectului aromân. Realizarea modulului pentru editarea şi tipărirea hărţilor lingvistice ale ALAR.

Termen: 15 iunie 2017

Etapa 2. Optimizarea structurilor de informaţii gestionate de sistemul editare al ALAR şi implementarea particularităţilor de editare şi tipărire a planşelor (hărţi lingvistice, material cartografiat şi necartografiat, note) din ALAR.

Termen: 31 decembrie 2017

e) Experienţa şi stadiul actual al cunoştinţelor în domeniu

În cadrul Institutului de Informatică Teoretică, începând din anul 2000 s-au pus bazele unei colaborări interdisciplinare cu cercetători şi cadre didactice de la Institutul de Filologie Română "Al. Philippide" şi Universitatea “Al. I. Cuza” Iaşi. Cercetările s-au desfăşurat iniţial în cadrul




proiectului prioritar al Academiei Române “Cercetări în domeniul foneticii şi fonologiei limbii române, cu aplicaţii la atlasele lingvistice româneşti regionale” şi au urmărit dezvoltarea de metode şi modele informatice care să ajute la studiul foneticii şi fonologiei limbii române, precum şi la editarea transcrierilor fonetice pentru limba română din Atlasele Lingvistice şi a textelor dialectale (aplicaţii software specifice). Ulterior s-a continuat cu proiectul “Proiectarea şi implementarea unui sistem integrat de aplicaţii software pentru editarea textelor dialectale şi realizarea Atlasului Lingvistic Român pe Regiuni”, în colaborare cu Institutul de Filologie Română "Al. Philippide", în cadrul căruia s-a realizat unui sistem software integrat. Cu ajutorul acestui sistem, cercetătorii de la Institutul de Filologie Română "Al. Philippide", au editat şi tipărit volumele III şi IV ale Noului Atlas Lingvistic Român pe Regiuni Moldova şi Bucovina.

Grupului de cercetare coordonat de dl. Prof. dr. Nicolae Saramandru este coordonatorul principal al proiectului fundamental al Academiei Române „Atlasul lingvistic al dialectului aromân”.

f) Scopul proiectului Realizarea unui sistem software care să permită editarea asistată de calculator şi pregătirea

pentru publicare a planşelor Atlasului Lingvistic al Dialectului ARomân (ALAR). Asigurarea unui cadru de colaborare ştiinţifică, reciproc avantajoasă, pe probleme de fonetică

şi fonologie experimentală prin publicarea de lucrari.

g) Materiale şi metode de lucru, alocare timp de cercetare Conform acordului de colaborare anexat şi semnat de reprezentanţii participanţilor. Deoarece în anul 2017, membrii colectivului de cercetare din cadrul IIT sunt implicaţi şi în

alte teme / proiecte de cercetare, pentru această temă vor avea o alocare parţială a normei de cercetare, după cum urmează: CS II dr. Vasile Apopei - 50% în prima etapă şi 25% etapa a doua. CS III dr. Silviu-Ioan Bejinariu - 75% în etapa 1 şi 50% în etapa 2, CS drd. Ramona Luca - 25% în fiecare dintre etapele 1 şi 2.

h) Rezultate scontate Realizarea hărţii digitale a regiunii, cu punctele de anchetă şi spaţiul rezervat transcrierilor

fonetice, Implementarea particularităţilor privind simbolurile utilizate în transcrierile fonetice, Implementarea particularităţilor formatului de tipărire a informaţiilor în planşele ALAR

(hărţi lingvistice, material cartografiat şi necartografiat, note), Optimizarea structurilor de informaţii gestionate de sistemul editare şi tipărire al ALAR.

i) Modul de valorificare a rezultatelor rapoarte de cercetare, lucrări ştiinţifice publicate în reviste de specialitate sau conferinţe.




j) Responsabilităţile participanţilor la proiectResponsabilităţile participanţilor la proiect sunt cuprinse în Acordul de colaborare semnat de reprezentanţii participanţilor şi anexat la aceasta propunere de proiect.

k) ColaborăriInstitutul de Lingvistică „Iorgu Iordan – A. Rosetti” al Academiei Române Prof. dr. Nicolae Saramandru CS I dr. Manuela Nevaci

l) Buget solicitat 1. Fond de salarii conform statului de funcţii. 2. Deplasări în ţară în limita fondurilor disponibile. 3. Cheltuieli materiale în limita fondurilor disponibile.

Director,CS II dr. Apopei Vasile

ANEXA 1 - Acad · Web viewPentru a putea verifica asemenea proprietăţi, am definit o logică...

Documents

Transcript of ANEXA 1 - Acad · Web viewPentru a putea verifica asemenea proprietăţi, am definit o logică...