[pt] Esta tese apresenta novas estruturas e algoritmos adaptativos para detecção às cegas de sinais DS-CDMA. São investigados receptores cegos com restrições lineares baseados nas funções custo de mínima variância (CMV) e módulo constante (CCM). Algoritmos adaptativos do tipo Affine-Projection para estimação dos parâmetros do receptor são desenvolvidos e seu desempenho em estado estacionário é analisado. Também são apresentados algoritmos adaptativos para estimação às cegas do canal de comunicações. Em seguida, novas estruturas de canceladores de interferência são propostas. Primeiramente um cancelador de interferência paralelo (PIC) linear baseado na função custo CCM é proposto. Em seguida é desenvolvido um novo esquema não-supervisionado de cancelamento sucessivo de interferência (SIC), baseado no conceito de arbitragem paralela. Por fim, é apresentado um esquema híbrido (HIC) que combina a estrutura SIC com uma estrutura multi- estágio, resultando em melhores estimativas para detecção e desempenho uniforme para os usuários do sistema. / [en] This thesis presents new structures and adaptive algorithms for blind detection of DS-CDMA signals. Linearly constrained minimum variance (CMV) and constant modulus (CCM) receivers are investigated. Blind adaptive Affine- Projection like algorithms for receiver parameter estimation are derived and its steady-state performance is analyzed. Blind adaptive channel estimation algorithms are also presented. This work also proposes new interference cancellation structures. Firstly, a blind linear parallel interference canceller (PIC) based on the CCM cost function is proposed. Secondly, a new non-supervised serial interference canceller (SIC) based on the parallel arbitration concept is developed. Finally, an hybrid interference cancellation scheme (HIC) which combines SIC and multiple PIC stages is presented.

[pt] Este trabalho investiga métodos de detecção de falhas baseados em sistemas imunológicos artificiais, especificamente aqueles baseados no algoritmo de seleção negativa (NSA) e em outras técnicas de reconhecimento próprio/nãopróprio. Inicialmente, foi proposto um esquema de representação baseado em hiperesferas com centros e raios variáveis e três modelos capazes de gerar detectores, com esta representação, de forma eficiente. O primeiro modelo utiliza algoritmos genéticos onde cada gene do cromossomo contém um índice para um ponto de uma distribuição quasi-aleatória que servirá como centro do detector e uma função decodificadora responsável por determinar os raios apropriados. A aptidão do cromossomo é dada por uma estimativa do volume coberto através uma integral de Monte Carlo. O segundo modelo utiliza o particionamento Quadtree para gerar o posicionamento dos detectores e o valor dos raios. Este modelo pode realizar o particionamento a partir de uma função de detecção ou através de divisões recursivas de um detector inicial que ocupa todo o espaço. O terceiro modelo é inspirado nas redes imunológicas. Neste modelo, as células B representam os detectores e a rede formada por eles dá a posição e o raio de cada detector. Experimentos com dados sintéticos e reais demonstram a capacidade dos algoritmos propostos e que eles apresentam melhorias nos aspectos de escalabilidade e desempenho na detecção de falhas. / [en] This work investigates fault detection methods based on Artificial Immune Systems, specifically the negative selection algorithm (NSA) and other self/nonself recognition techniques. First, there was proposed a representation scheme based on hyperspheres with variable center and radius, and three models, which are very capable to generate detectors, based on that representation scheme, in an effective way. The first model employs Genetic Algorithms where each chromosome gene represents an index to a point in a quasi- random distribution, that will serve as a detector center, a decoder function will be responsible to determine the appropriate radius. The chromosome fitness is given by a valuation of the covered volume, which is calculated through a Monte Carlo integral. The second model uses the Quadtree space partition technique to generate the detectors positions and their radius. The space partition could be done by using a detection function or by recursive divisions of an initial detector that occupies the whole space. In third model, inspired on immune networks, the B cells represent the detectors and the network that is established by them gives the location and radius of each detector. Experiments with syntetic and real data show that the proposed algorithms improve scalability and perform better in fault detection.

[pt] A detecção e o subsequente rastreamento de objetos em sequencias de vídeo é um desafio no que tange o processamento de vídeos em tempo real. Nesta tese propomos um método de detecção em tempo real adequado para o processamento de vídeos de alta definição. Neste método utilizamos um procedimento de segmentação de quadros usando as imagens integrais de frente, o que permite o rápido descarte de várias partes da imagem a cada quadro, desta maneira atingindo uma alta taxa de quadros processados por segundo. Estendemos ainda o algoritmo proposto para que seja possível detectar múltiplos objetos em paralelo. Além disto, através da utilização de uma GPU e técnicas que podem ter seu desempenho aumentado por meio de paralelismo, como o operador prefix sum, conseguimos atingir um desempenho ainda melhor do algoritmo, tanto para a detecção do objeto, como na etapa de treinamento de novas classes de objetos. / [en] The detection and subsequent tracking of objects in video sequences is a challenge in terms of video processing in real time. In this thesis we propose an detection method suitable for processing high-definition video in real-time. In this method we use a segmentation procedure through integral image of the foreground, which allows a very quick disposal of various parts of the image in each frame, thus achieving a high rate of processed frames per second. Further we extend the proposed method to be able to detect multiple objects in parallel. Furthermore, by using a GPU and techniques that can have its performance enhanced through parallelism, as the operator prefix sum, we can achieve an even better performance of the algorithm, both for the detection of the object, as in the training stage of new classes of objects.

[pt] A identificação facial em vídeo é uma aplicação de grande interesse na comunidade cientifica e na indústria de segurança, impulsionando a busca por técnicas mais robustas e eficientes. Atualmente, no âmbito de reconhecimento facial, as técnicas de identificação frontal são as com melhor taxa de acerto quando comparadas com outras técnicas não frontais. Esse trabalho tem como objetivo principal buscar métodos de avaliar imagens em vídeo em busca de pessoas (rostos), avaliando se a qualidade da imagem está dentro de uma faixa aceitável que permita um algoritmo de reconhecimento facial frontal identificar os indivíduos. Propõem-se maneiras de diminuir a carga de processamento para permitir a avaliação do máximo número de indivíduos numa imagem sem afetar o desempenho em tempo real. Isso é feito através de uma análise da maior parte das técnicas utilizadas nos últimos anos e do estado da arte, compilando toda a informação para ser aplicada em um projeto que utiliza os pontos fortes de cada uma e compense suas deficiências. O resultado é uma plataforma multithread. Para avaliação do desempenho foram realizados testes de carga computacional com o uso de um vídeo público disponibilizado na AVSS (Advanced Video and Signal based Surveillance). Os resultados mostram que a arquitetura promove um melhor uso dos recursos computacionais, permitindo um uso de uma gama maior de algoritmos em cada segmento que compõe a arquitetura, podendo ser selecionados segundo critérios de qualidade da imagem e ambiente onde o vídeo é capturado. / [en] Face recognition in video is an application of great interest in the scientific community and in the surveillance industry, boosting the search for efficient and robust techniques. Nowadays, in the facial recognition field, the frontal identification techniques are those with the best hit ratio when compared with others non-frontal techniques. This work has as main objective seek for methods to evaluate images in video to look for people (faces), assessing if the image quality is in an acceptable range that allows a facial recognition algorithm to identify the individuals. It s proposed ways to decrease the processing load to allow a maximum number of individuals assessed in an image without affecting the real time performance. This is reached through analysis of most the techniques used in the last years and the state-of-the-art, compiling all information to be applied in a project that uses the strengths of each one and offset its shortcomings. The outcome is a multithread platform. Performance evaluation was performed through computational load tests by using public videos available in AVSS ( Advanced Video and Signal based Surveillance). The outcomes show that the architecture makes a better use of the computational resources, allowing use of a wide range of algorithms in every segment of the architecture that can be selected according to quality image and video environment criteria.

[pt] O objetivo da dissertação é analisar o comportamento das diferentes metodologias utilizadas para detecção e tratamento de outliers na determinação de fatores de prova de medidores do tipo turbina. A motivação desse trabalho é evitar tomadas de decisão equivocadas decorrentes de tratamento inadequado de outliers, comprometendo a confiabilidade na medição e consequentemente seu faturamento. A prova do fator de medidor pode ser considerada como um parâmetro de calibração, expressando a razão entre o volume de referência e o volume total de líquido que passa através do medidor. A Norma internacional recomenda o teste de Dixon para o tratamento de outliers para um conjunto de prova do fator de medidor. No entanto, a literatura é explícita quanto à avaliação do comportamento dos dados, a priori. A metodologia avalia se o comportamento dos dados do conjunto de prova do fator de medidor é Gaussiano, em seguida se comparam diferentes abordagens paramétricas e não paramétricas para a detecção e tratamento de outliers aplicados às provas dos fatores de medidores do tipo turbina para a transferência de custódia de gás liquefeito de petróleo. Posteriormente, este efeito é avaliado em relação ao número de outliers e como este manuseio afeta os critérios da amplitude variável para a incerteza expandida na prova do fator de medidor médio. Os resultados mostram que diferentes fatores de medidores médios podem ser alcançados para cada teste paramétrico e não paramétrico; de qualquer forma, conclui-se que estatisticamente não é observada diferença significativa entre eles. / [en] The objective of the dissertation is to analyze the behavior of the different methodologies used for the detection and treatment of outliers in the determination of meter proving factors of turbine type meters. The motivation of this work is to avoid mistaken decision-making as a result of inadequate treatment of outliers, compromising reliability in measurement and consequently its billing. A meter proving factor can be considered as a calibration parameter, by expressing the ratio the reference volume and the gross volume of liquid passed through a meter. The international guideline recommends Dixon s test for outliers to a meter proving factor set. However, the literature is explicit regarding the evaluation of data behavior, a priori. The methodology evaluates if the behavior of the meter proving factor set is Gaussian, then different parametric and nonparametric approaches for detection and treating outliers applied to turbine meter proving factors for custody transfer of liquefied petroleum gas are compared. Afterwards, this effect is evaluated in relation to the number of outliers and how this handling affects the variable range criteria for expanded uncertainty in average meter proving factor. The results show that different average meter factors can be reached for each nonparametric and parametric test; anyway, it is concluded that no statistically significant difference between them is noticed.

[pt] Este trabalho de dissertação de mestrado apresenta os resultados obtidos com a conjunção de duas técnicas propostas para utilização em modernos sistemas de comunicações: a Modulação Espacial (Spatial Modulation - SM) e a detecção desacoplada de sinais. Na primeira parte são abordados os fundamentos teóricos da detecção de sinais com modulação espacial, uma comparação entre os sistemas MIMO (Multiple Input Multiple Output) tradicionais e os sistemas SM-MIMO, uma revisão bibliográfica sobre trabalhos previamente feitos no tema e os diferentes tipos de detectores que podem ser empregados em sistemas com modulação espacial. A seguir são abordadas diferentes técnicas para desacoplamento de sinais, as quais permitem a separação na estação radio-base dos sinais oriundos de diferentes tipos de usuários, visando simplificar e adequar o procedimento de detecção às necessidades do usuário da rede. Finalmente uma análise de desempenho, em termos da taxa de erro de bit, e complexidade computacional, em termos do número médio de flops requerido por vetor de símbolos detectado, é realizada para as diferentes associações de técnicas de desacoplamento e detectores SM enfocados neste trabalho. / [en] This work dissertation presents the results obtained from the conjunction of two proposal techniques for the use in modern systems of communications: the Spatial Modulation and the Decoupling Signal Detection. In the first part are discussed the theorical bases of the signal detection with Spatial Modulation, a comparison between the traditional MIMO systems and the SM-MIMO systems, a bibliographical review about previousworks in the topic and the different kinds of detectors that can be used in systems with Spatial Modulation. Then the different techniques of signal decoupling are discussed, which allow the separation in the radio base station of the signals coming from the different classes of users, to simplify and adapt the process of detection and the requirements of the user in the network. Finally a performance analysis in terms of the bit error rate and computational complexity in terms of average number of flops required fot the vector of symbols detected, is done for the studied detectors in the dissertation, using the same different techniques of decoupling studied in this work.

[pt] Ônibus, equipados com dispositivos GPS ativos que transmitem continuamente a sua posição, podem ser entendidos como sensores móveis de trânsito. De fato, as trajetórias dos ônibus fornecem uma fonte de dados útil para analisar o trânsito na rede de ônibus de uma cidade, dado que as autoridades de trânsito da cidade disponibilizem as trajetórias de forma aberta, oportuna e contínua. Neste contexto, esta tese propõe uma abordagem que usa os dados de GPS dos ônibus para analisar e monitorar a rede de ônibus de uma cidade. Ela combina algoritmos de grafos, técnicas de mineração de dados geoespaciais e métodos estatísticos. A principal contribuição desta tese é uma definição detalhada de operações e algoritmos para analisar e monitorar o tráfego na rede de ônibus, especificamente: (1) modelagem, análise e segmentaçãoda rede de ônibus; (2) mineração do conjunto de dados de trajetória de ônibus para descobrir padrões de tráfego; (3) detecção de anomalias de trânsito, classificação de acordo com sua gravidade, e avaliação do seu impacto; (4) manutenção e comparação de diferentes versões da rede de ônibus e dos seus padrões de tráfego para ajudar os planejadores urbanos a avaliar as mudanças. Uma segunda contribuição é a descrição de experimentos realizados para a rede de ônibus da Cidade do Rio de Janeiro, utilizando trajetórias de ônibus correspondentes ao período de junho de 2014 até fevereiro de 2017, disponibilizadas pela Prefeitura do Rio de Janeiro. Os resultados obtidos corroboram a utilidade da abordagem proposta para analisar e monitorar a rede de ônibus de uma cidade, o que pode ajudar os gestores do trânsito e as autoridades municipais a melhorar os planos de controle de trânsito e de mobilidade urbana. / [en] Buses, equipped with active GPS devices that continuously transmit their position, can be understood as mobile traffic sensors. Indeed, bus trajectories provide a useful data source for analyzing traffic in the bus network of a city, if the city traffic authority makes the bus trajectories available openly, timely and in a continuous way. In this context, this thesis proposes a bus GPS data-driven approach for analyzing and monitoring the bus network of a city. It combines graph algorithms, geospatial data mining techniques and statistical methods. The major contribution of this thesis is a detailed discussion of key operations and algorithms for modeling, analyzing and monitoring bus network traffic, specifically: (1) modelling, analyzing, and segmentation of the bus network; (2) mining the bus trajectory dataset to uncover traffic patterns; (3) detecting traffic anomalies, classifying them according to their severity, and estimating their impact; (4) maintaining and comparing different versions of the bus network and traffic patterns to help urban planners assess changes. Another contribution is the description of experiments conducted for the bus network of the City of Rio de Janeiro, using bus trajectories obtained from June 2014 to February 2017, which have been made available by the City Hall of Rio de Janeiro. The results obtained corroborate the usefulness of the proposed approach for analyzing and monitoring the bus network of a city, which may help traffic managers and city authorities improve traffic control and urban mobility plans.

[pt] Ataques e intrusões são uma ameaça constante para empresas e organizações interconectadas através de redes de pacotes e da Internet. Ferramentas tradicionais de detecção de ataques e intrusões dependem de conhecimento prévio sobre as técnicas de ataque não sendo capazes de detectar novas técnicas de ataques. Este trabalho investiga a aplicação de redes neurais artificiais no auxílio à detecção de intrusão em redes de pacotes TCP/IP. Utilizando a capacidade de generalização das redes neurais, espera-se que o sistema detecte novos ataques mantendo uma alta taxa de acertos. É empregado também técnica de comitê de redes neurais especialistas para obtenção de maior precisão e menor taxa alarmes falsos. / [en] Computer attacks and intrusions poses significant threats to companies and organizations interconnected through packet networks and the Internet. Most current approaches to intrusion detection rely on previous knowledge of attack patterns and are not capable of detecting new intrusion techniques. This work presents the application of artificial neural networks as a component of an intrusion detection system. Exploring neural networks generalization capabilities the system should be able to detect new attack patterns and sustain a high detection rate. Neural networks ensembles are also used in order to achieve higher accuracy and lower false-positive rates.

[pt] As vulnerabilidades dos Sistemas de Reconhecimento Facial (FRS) aos Ataques de Apresentação (PA) foram recentemente reconhecidas pela comunidade biométrica, mas ainda existe a falta de técnicas faciais de Detecção de Ataque de Apresentação (PAD) baseadas em software que apresentam desempenho robusto em cenários de autenticação realistas. O objetivo principal desta dissertação é analisar, avaliar e comparar alguns dos métodos baseados em atributos do estado-da-arte para PAD facial em uma variedade de condições, considerando três dos bancos de dados de fraude facial publicamente disponíveis 3DMAD, REPLAY-MOBILE e OULU-NPU. No presente trabalho, os métodos de PAD baseados em descritores de texturas LBP-RGB, BSIF-RGB e IQM foram investigados. Ademais, um Autoencoder Convolucional (CAE), um descritor de atributos aprendidos, também foi implementado e avaliado. Também, abordagens de classificação de uma e duas classes foram implementadas e avaliadas. Os experimentos realizados neste trabalho foram concebidos para medir o desempenho de diferentes esquemas de PAD em duas condições: (i) intra-banco de dados e (ii) inter-banco de dados. Os resultados revelaram que a eficácia dos atributos aprendidos pelo CAE em esquemas de PAD baseados na abordagem de classificação de duas classes fornece, em geral, o melhor desempenho em protocolos de avaliação intra-banco de dados. Os resultados também indicam que os esquemas de PAD baseados na abordagem de classificação de uma classe não são inferiores em comparação às suas contrapartes de duas classes nas avaliações inter-banco de dados. / [en] The vulnerabilities of Face Recognition Systems (FRS) to Presentation Attacks (PA) have been recently recognized by the biometric community, but there is still a lack of generalized software-based facial Presentation Attack Detection (PAD) techniques that perform robustly in realistic authentication scenarios. The main objective of this dissertation is to analyze, evaluate and compare some of the most relevant, state-of-the-art feature-based methods for facial PAD in a variety of conditions, considering three of the facial spoofing databases publicly available 3DMAD, REPLAYMOBILE and OULU-NPU. In the current work, PAD methods based on LBP-RGB, BSIF-RGB and IQM hand-crafted texture descriptors were investigated. Additionally, a Convolutional Autoencoder (CAE), a learned feature descriptor, was also implemented and evaluated. Furthermore, oneclass and two-class classification approaches were implemented and evaluated. The experiments conducted in this work were designed to measure the performance of different PAD schemes in two conditions, namely: (i) intradatabase and (ii) inter-database (or cross-database). The results revealed the effectiveness of the features learned by CAE in two-class classification PAD schemes provide, in general, the best performance in intra-database evaluation protocols. The results also indicate that PAD schemes based on one-class classification approach are not inferior as compared to their twoclass counterpart in the inter-database evaluations.

[pt] O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de ferramentas de inspeção capazes de detectar e localizar pequenos vazamentos em oleodutos e gasodutos. Hoje, diversos dutos brasileiros são equipados com eficientes sistemas de detecção de vazamentos, porém ainda não são capazes de detectar pequenos vazamentos causados por lentos processos de corrosão. A tecnologia de inspeção de dutos mais utilizada mundialmente é a de pigs instrumentados. O pig é lançado dentro do duto e percorre toda sua extensão identificando defeitos como amassamentos e corrosão. Duas tecnologias foram desenvolvidas, uma para oleodutos e outra para gasodutos. O princípio de funcionamento do pig para oleodutos se baseia no registro da variação de pressão gerada pelo vazamento. Quando o pig passa pelo vazamento, a pressão do volume central diminui em relação às pressões à montante e jusante do pig, gerando um sinal característico que permite a identificação. A tecnologia para gasodutos utiliza a energia acústica gerada pelo vazamento. A idéia básica é equipar o pig com microfones capazes de escutar o som provocado pelo vazamento propagado no próprio gás. Com uma boa interpretação da assinatura acústica deste fenômeno, é possível detectar o evento ao longo do duto. O desafio é discriminar a assinatura do vazamento dos ruídos normalmente emitidos em um gasoduto, como ruído de bombeio, ruído da turbulência da vazão, abertura e fechamento de válvulas, etc. Cada tecnologia teve seu protótipo montado e testado em campo onde vazamentos foram detectados com sucesso. São apresentadas as fundamentações teóricas de cada tecnologia e os resultados dos testes de laboratório e de campo assim como propostas futuras. / [en] This work s objective is the development of inspections tools capable to detect and locate small leaks in gas and oil pipelines. Nowadays, many brazilian pipelines are equipped with reliable leak detection systems, but these still can t detect small leaks caused by slow corrosion processes. The most used pipeline inspection technology is the instrumented pigs. The pig is launched inside the pipeline and goes through it detecting dents and corrosions. Two technologies were developed, one for oil pipelines and other for gas pipelines. The pig oil pipeline working principle is based on the register of the pressure variation caused by a leakage. When the pig pass by a leak, the pressure in the middle of the pig drops, generating a characteristic signal. The gas pipeline technology uses the acoustic energy caused by a gas leaks. The main idea is to equip the pig with specials microphones capable to listen the leak sound propagated in the gas. With a good acoustic interpretation of this phenomenon, is possible to detect this event. The biggest challenge is to discriminate the leak signature from the others pipe s noises. Which technology had it prototype manufactured and tested in real oil and gas pipelines with success. Will be shown the theory of which technology, the labs and fields tests results and future proposals.