The STREAMC model is based on the same algorithm as implemented by the Steady Riverine Environmental Assessment Model (STREAM), a mathematical model for the dissolved oxygen (DO) distribution in freshwater streams used by Mississippi Department of Environmental Quality (MDEQ). Typically the water quality models are calibrated manually. In some cases where some objective criterion can be identified to quantify a successful calibration, an auto calibration may be preferable to the manual calibration approach. The auto calibration may be particularly applicable to relatively simple analytical models such as the steady-state STREAMC model. Various techniques of parameter estimation were identified for the model. The model was then subjected to various techniques of parameter estimation identified and/or developed. The parameter estimates obtained by different techniques were tabulated and compared. A final recommendation regarding a preferable parameter estimation technique leading to the auto calibration of the STREAMC model was made.

The main aim of this thesis is to generate 3D models of human heads from uncalibrated images. In order to extract geometric values of a human head, we find camera parameters using camera auto calibration. However, some image sequences generate non-unique (degenerate) solutions. An algorithm for removing degeneracy from the most common form of camera movement in face image acquisition is described. The geometric values of main facial features are computed initially. The model is then generated by gradual deformation of a generic polygonal model of a head. The accuracy of the models is evaluated using ground truth data from a range scanner. 3D models are covered with cylindrical texture values obtained from images. The models are appropriate for animation or identification applications.

Thesis (MScEng (Mathematical Sciences. Applied Mathematics))--University of Stellenbosch, 2009. / Engineers struggle to replicate the capabilities of the sophisticated human visual system. This thesis sets out to recover motion and 3D structure of multiple rigid objects up to a similarity. The motion of these objects are either recorded in a single video sequence, or images of the objects are recorded on multiple, di erent cameras. We assume a perspective camera model with optional provision for calibration information. The Structure from Motion (SfM) problem is addressed from a matrix factorization point of view. This leads to a reconstruction correct up to a projectivity of little use in itself. Using techniques from camera autocalibration the projectivity is upgraded to a similarity. This reconstruction is also applied to multiple objects through motion segmentation. The SfM system developed in this thesis is a batch-processing algorithm, requiring few frames for a solution and readily accepts images from very di erent viewpoints. Since a solution can be obtained with just a few frames, it can be used to initialize sequential methods with slower convergence rates, such as the Kalman lter. The SfM system is critically evaluated against an extensive set of motion sequences.

abstract: There is a growing interest in the creation of three-dimensional (3D) images and videos due to the growing demand for 3D visual media in commercial markets. A possible solution to produce 3D media files is to convert existing 2D images and videos to 3D. The 2D to 3D conversion methods that estimate the depth map from 2D scenes for 3D reconstruction present an efficient approach to save on the cost of the coding, transmission and storage of 3D visual media in practical applications. Various 2D to 3D conversion methods based on depth maps have been developed using existing image and video processing techniques. The depth maps can be estimated either from a single 2D view or from multiple 2D views. This thesis presents a MATLAB-based 2D to 3D conversion system from multiple views based on the computation of a sparse depth map. The 2D to 3D conversion system is able to deal with the multiple views obtained from uncalibrated hand-held cameras without knowledge of the prior camera parameters or scene geometry. The implemented system consists of techniques for image feature detection and registration, two-view geometry estimation, projective 3D scene reconstruction and metric upgrade to reconstruct the 3D structures by means of a metric transformation. The implemented 2D to 3D conversion system is tested using different multi-view image sets. The obtained experimental results of reconstructed sparse depth maps of feature points in 3D scenes provide relative depth information of the objects. Sample ground-truth depth data points are used to calculate a scale factor in order to estimate the true depth by scaling the obtained relative depth information using the estimated scale factor. It was found out that the obtained reconstructed depth map is consistent with the ground-truth depth data. / Dissertation/Thesis / M.S. Electrical Engineering 2010

Calibrer une camera permet de déterminer les propriétés géométriques qui permettent le processus de formation d'une image. Ce processus a un objectif principal, identifier les coordonnées 3D de chaque points de l'image dans un nouveau référenciel d'image dans lequel les coordonnées de l'image ainsi obtenue en deux dimensions seront exprimées dans une nouvelle unité le pixel. Cette méthode est nécessaire pour restaurer des informations 3D. On peut préciser aussi ,qu'il est indispensable de connaitre la translation et la rotation du capteur vidéo en garantissant l'alignement avec tous les autre paramètres systèmes externes , et aussi évidemment les autres paramètres intrinsèques internes tels que l'optique, longueur des focales, facteurs de magnitude, emplacement des axes d'alignement optique et rétine. Alors en prenant en compte correctement de toutes les conditions précédentes on peut dire de la problématique calibration camera quel est un sujet déjà bien maitrisée, et en cela l'on sait déjà qu'aucunes méthodes ne permet aujourd'hui une robuste auto calibration temps réel et ceci pour chacune des cameras omnidirectionnelles existantes. Les techniques d'auto calibration existantes essaye de calibrer a partir de point de correspondances, de lignes, de cercles, ou encore de spécifiques mouvements de camera. Cependant des résultats intéressants peuvent être obtenus, même si l'autocalibration souffre encore de certaines limites, comme un faible nombre de points fonctionnels, la difficulté de détection des lignes, d'indésirables effets de mouvements camera et de la difficulté de prise en compte de certains types de miroirs. Par conséquence l'objectif de cette thèse est la proposition d'un nouvel algorithme qui permettrait d'éliminer certaines de ces limitations permettant ainsi son utilisation dans différentes applications robotiques ou encore dans d'autre environnement applicatifs pratiques ou l'autocalibration n'a pas encore pénétrée mais ou l'on y trouverait un intérêt certain; cet algorithme fonctionne directement avec l'intensité lumineuse de l'image, en faisant le minimum de d'hypothèses concernant la structure de la scène qui est visualisée et reste valide et utilisable pour tous les systèmes catadioptriques centraux et de fait ne nécessite donc aucunes connaissances antérieures des paramètres intrinsèques et externes. Ainsi, un partie de cette thèse est centrée sur la formalisation de l'unicité de la solution pour résoudre les problèmes de calibration des cameras centrales catadioptrique omnidirectionnelles. Pour la majeur partie de ce travail sur la calibration camera omnidirectionnel, il a été observe ceci, dans le cas de miroirs non planaires, deux images acquises de différents points de vus son suffisantes pour effectuer la calibration de la camera. Cependant, à notre connaissance, aucune démonstration théorique de l'unicité de la solution n'existe. Dans cette thèse le problème de calibration est formalise par l'utilisation d'un model unifie valide pour tous les cameras centrales catadioptrique omnidirectionnelles. Il peut être utilisé avec de cameras traditionnelles quand le miroir planaire est considéré. Il a été aussi montre que l'unicité de la solution peut être dérivé a partir d'un système non linéaire d'équations. Cependant étant donne la complexité pour résoudre ce système d'équations dans un cas général ,cette thèse fait apparaitre l'unicité de solution dans le cas d'un miroir parabolique.

La mesure de courant dans un environnement industriel est une étape indispensable pour garantir la pérennité d'un réseau de distribution électrique. En général, chaque domaine d'applications (mesure, protection, etc...) nécessitent l'utilisation d'un capteur adapté. Ces travaux de thèse proposent d'utiliser un capteur bas coût principalement dédié à la protection, le tore de Rogowski, aussi comme élément de mesure. Afin d'améliorer sa précision intrinsèque souvent insuffisante, nous avons développé une boucle de correction et une électronique de calibrage intégrée (CMOS 0,35µm) permettant d'adapter ce capteur aux standards métrologiques. Nous détaillons dans ce manuscrit les étapes de l'élaboration de cette boucle de correction ainsi que les résultats obtenus à l'aide des différents prototypes. Nous terminons par la présentation du premier démonstrateur technologique, premier pas vers un système de mesure de courant sans contact de classe 0.1, auto-calibré, autonome et bas coût. / The measurement of the current in an industrial environment is a necessary step to ensure the sustainability of an electrical distribution network. Typically, each application domain (measurement, protection, etc ...) requires the use of a suitable sensor. This thesis work proposes the use of the Rogowski coil current transducer, a low cost sensor usually used for protection, as measuring element. In order to improve its often insufficient intrinsic accuracy, we have developed a correction loop as well as an integrated electronics for calibration (CMOS 0,35μm) to adapt the sensor to metrological standards. In this manuscript, we detail the development stages of this correction loop and the results obtained with different prototypes. We conclude with the presentation of the first technology demonstrator, a very first step towards a current measurement system that would be contactless, 0.1 accuracy class, auto-calibrated, autonomous and low cost.

Malgré les avantages de l'intégration 3D, le test, le rendement et la fiabilité des Through-Silicon-Vias (TSVs) restent parmi les plus grands défis pour les systèmes 3D à base de Réseaux-sur-Puce (Network-on-Chip - NoC). Dans cette thèse, une stratégie de test hors-ligne a été proposé pour les interconnections TSV des liens inter-die des NoCs 3D. Pour le TSV Interconnect Built-In Self-Test (TSV-IBIST) on propose une nouvelle stratégie pour générer des vecteurs de test qui permet la détection des fautes structuraux (open et short) et paramétriques (fautes de délaye). Des stratégies de correction des fautes transitoires et permanents sur les TSV sont aussi proposées aux plusieurs niveaux d'abstraction: data link et network. Au niveau data link, des techniques qui utilisent des codes de correction (ECC) et retransmission sont utilisées pour protégé les liens verticales. Des codes de correction sont aussi utilisés pour la protection au niveau network. Les défauts de fabrication ou vieillissement des TSVs sont réparé au niveau data link avec des stratégies à base de redondance et sérialisation. Dans le réseau, les liens inter-die défaillante ne sont pas utilisables et un algorithme de routage tolérant aux fautes est proposé. On peut implémenter des techniques de tolérance aux fautes sur plusieurs niveaux. Les résultats ont montré qu'une stratégie multi-level atteint des très hauts niveaux de fiabilité avec un cout plus bas. Malheureusement, il n'y as pas une solution unique et chaque stratégie a ses avantages et limitations. C'est très difficile d'évaluer tôt dans le design flow les couts et l'impact sur la performance. Donc, une méthodologie d'exploration de la résilience aux fautes est proposée pour les NoC 3D mesh.

Malgré les avantages de l'intégration 3D, le test, le rendement et la fiabilité des Through-Silicon-Vias (TSVs) restent parmi les plus grands défis pour les systèmes 3D à base de Réseaux-sur-Puce (Network-on-Chip - NoC). Dans cette thèse, une stratégie de test hors-ligne a été proposé pour les interconnections TSV des liens inter-die des NoCs 3D. Pour le TSV Interconnect Built-In Self-Test (TSV-IBIST) on propose une nouvelle stratégie pour générer des vecteurs de test qui permet la détection des fautes structuraux (open et short) et paramétriques (fautes de délaye). Des stratégies de correction des fautes transitoires et permanents sur les TSV sont aussi proposées aux plusieurs niveaux d'abstraction: data link et network. Au niveau data link, des techniques qui utilisent des codes de correction (ECC) et retransmission sont utilisées pour protégé les liens verticales. Des codes de correction sont aussi utilisés pour la protection au niveau network. Les défauts de fabrication ou vieillissement des TSVs sont réparé au niveau data link avec des stratégies à base de redondance et sérialisation. Dans le réseau, les liens inter-die défaillante ne sont pas utilisables et un algorithme de routage tolérant aux fautes est proposé. On peut implémenter des techniques de tolérance aux fautes sur plusieurs niveaux. Les résultats ont montré qu'une stratégie multi-level atteint des très hauts niveaux de fiabilité avec un cout plus bas. Malheureusement, il n'y as pas une solution unique et chaque stratégie a ses avantages et limitations. C'est très difficile d'évaluer tôt dans le design flow les couts et l'impact sur la performance. Donc, une méthodologie d'exploration de la résilience aux fautes est proposée pour les NoC 3D mesh. / 3D technology promises energy-efficient heterogeneous integrated systems, which may open the way to thousands cores chips. Silicon dies containing processing elements are stacked and connected by vertical wires called Through-Silicon-Vias. In 3D chips, interconnecting an increasing number of processing elements requires a scalable high-performance interconnect solution: the 3D Network-on-Chip. Despite the advantages of 3D integration, testing, reliability and yield remain the major challenges for 3D NoC-based systems. In this thesis, the TSV interconnect test issue is addressed by an off-line Interconnect Built-In Self-Test (IBIST) strategy that detects both structural (i.e. opens, shorts) and parametric faults (i.e. delays and delay due to crosstalk). The IBIST circuitry implements a novel algorithm based on the aggressor-victim scenario and alleviates limitations of existing strategies. The proposed Kth-aggressor fault (KAF) model assumes that the aggressors of a victim TSV are neighboring wires within a distance given by the aggressor order K. Using this model, TSV interconnect tests of inter-die 3D NoC links may be performed for different aggressor order, reducing test times and circuitry complexity. In 3D NoCs, TSV permanent and transient faults can be mitigated at different abstraction levels. In this thesis, several error resilience schemes are proposed at data link and network levels. For transient faults, 3D NoC links can be protected using error correction codes (ECC) and retransmission schemes using error detection (Automatic Retransmission Query) and correction codes (i.e. Hybrid error correction and retransmission).For transients along a source-destination path, ECC codes can be implemented at network level (i.e. Network-level Forward Error Correction). Data link solutions also include TSV repair schemes for faults due to fabrication processes (i.e. TSV-Spare-and-Replace and Configurable Serial Links) and aging (i.e. Interconnect Built-In Self-Repair and Adaptive Serialization) defects. At network-level, the faulty inter-die links of 3D mesh NoCs are repaired by implementing a TSV fault-tolerant routing algorithm. Although single-level solutions can achieve the desired yield / reliability targets, error mitigation can be realized by a combination of approaches at several abstraction levels. To this end, multi-level error resilience strategies have been proposed. Experimental results show that there are cases where this multi-layer strategy pays-off both in terms of cost and performance. Unfortunately, one-fits-all solution does not exist, as each strategy has its advantages and limitations. For system designers, it is very difficult to assess early in the design stages the costs and the impact on performance of error resilience. Therefore, an error resilience exploration (ERX) methodology is proposed for 3D NoCs.

Cette thèse s'intéresse à un problème logique dont les enjeux théoriques et pratiques sont multiples. De manière simple, il peut être présenté ainsi : imaginez que vous êtes dans un labyrinthe, dont vous connaissez toutes les routes menant à chacune des portes de sortie. Derrière l'une de ces portes se trouve un trésor, mais vous n'avez le droit d'ouvrir qu'une seule porte. Un vieil homme habitant le labyrinthe connaît la bonne sortie et se propose alors de vous aider à l'identifier. Pour cela, il vous indiquera la direction à prendre à chaque intersection. Malheureusement, cet homme ne parle pas votre langue, et les mots qu'il utilise pour dire ``droite'' ou ``gauche'' vous sont inconnus. Est-il possible de trouver le trésor et de comprendre l'association entre les mots du vieil homme et leurs significations ? Ce problème, bien qu'en apparence abstrait, est relié à des problématiques concrètes dans le domaine de l'interaction homme-machine. Remplaçons le vieil homme par un utilisateur souhaitant guider un robot vers une sortie spécifique du labyrinthe. Ce robot ne sait pas en avance quelle est la bonne sortie mais il sait où se trouvent chacune des portes et comment s'y rendre. Imaginons maintenant que ce robot ne comprenne pas a priori le langage de l'humain; en effet, il est très difficile de construire un robot à même de comprendre parfaitement chaque langue, accent et préférence de chacun. Il faudra alors que le robot apprenne l'association entre les mots de l'utilisateur et leur sens, tout en réalisant la tâche que l'humain lui indique (i.e.trouver la bonne porte). Une autre façon de décrire ce problème est de parler d'auto-calibration. En effet, le résoudre reviendrait à créer des interfaces ne nécessitant pas de phase de calibration car la machine pourrait s'adapter,automatiquement et pendant l'interaction, à différentes personnes qui ne parlent pas la même langue ou qui n'utilisent pas les mêmes mots pour dire la même chose. Cela veut aussi dire qu'il serait facile de considérer d’autres modalités d'interaction (par exemple des gestes, des expressions faciales ou des ondes cérébrales). Dans cette thèse, nous présentons une solution à ce problème. Nous appliquons nos algorithmes à deux exemples typiques de l'interaction homme robot et de l'interaction cerveau machine: une tâche d'organisation d'une série d'objets selon les préférences de l'utilisateur qui guide le robot par la voix, et une tâche de déplacement sur une grille guidé par les signaux cérébraux de l'utilisateur. Ces dernières expériences ont été faites avec des utilisateurs réels. Nos résultats démontrent expérimentalement que notre approche est fonctionnelle et permet une utilisation pratique d’une interface sans calibration préalable. / This thesis investigates how a machine can be taught a new task from unlabeled humaninstructions, which is without knowing beforehand how to associate the human communicative signals withtheir meanings. The theoretical and empirical work presented in this thesis provides means to createcalibration free interactive systems, which allow humans to interact with machines, from scratch, using theirown preferred teaching signals. It therefore removes the need for an expert to tune the system for eachspecific user, which constitutes an important step towards flexible personalized teaching interfaces, a key forthe future of personal robotics.Our approach assumes the robot has access to a limited set of task hypotheses, which include the task theuser wants to solve. Our method consists of generating interpretation hypotheses of the teaching signalswith respect to each hypothetic task. By building a set of hypothetic interpretation, i.e. a set of signallabelpairs for each task, the task the user wants to solve is the one that explains better the history of interaction.We consider different scenarios, including a pick and place robotics experiment with speech as the modalityof interaction, and a navigation task in a brain computer interaction scenario. In these scenarios, a teacherinstructs a robot to perform a new task using initially unclassified signals, whose associated meaning can bea feedback (correct/incorrect) or a guidance (go left, right, up, ...). Our results show that a) it is possible tolearn the meaning of unlabeled and noisy teaching signals, as well as a new task at the same time, and b) itis possible to reuse the acquired knowledge about the teaching signals for learning new tasks faster. Wefurther introduce a planning strategy that exploits uncertainty from the task and the signals' meanings toallow more efficient learning sessions. We present a study where several real human subjects controlsuccessfully a virtual device using their brain and without relying on a calibration phase. Our system identifies, from scratch, the target intended by the user as well as the decoder of brain signals.Based on this work, but from another perspective, we introduce a new experimental setup to study howhumans behave in asymmetric collaborative tasks. In this setup, two humans have to collaborate to solve atask but the channels of communication they can use are constrained and force them to invent and agree ona shared interaction protocol in order to solve the task. These constraints allow analyzing how acommunication protocol is progressively established through the interplay and history of individual actions.

<p>Disertacija istražuje primenu fleksibilne elektronike za<br />kapacitivne senzore ugla i ugaone brzine tipa apsolutnog i<br />inkrementalnog enkodera cilindrične strukture. Razmatraju se dve<br />strukture, apsolutnog i inkrementalnog enkodera. Izvršena je analiza<br />uticaja mehaničkih nesavršenosti na funkciju kapacitivnosti.<br />Razvijena su dva prototipa kapacitivnih senzora za statičko i<br />dinamičko ispitivanje karakteristika senzora. Razvijena je<br />elektronika za obradu senzora inkrementalnog tipa sa<br />autokalibracijom senzora.</p> / <p>In this thesis a research on application of flexible electronics for capacitive<br />angular position and speed sensors, referred to as absolute and incremental<br />encoders, is done. It considers two structures of absolute and incremental<br />encoder type. An analysis of mechanical inaccuracies influence on a<br />capacitance function is conducted. Two prototypes are developed and used<br />for static and dynamic measurements of capacitive sensor&#39;s characteristics.<br />An electronics front-end for a capacitive two channel incremental encoder with<br />auto-calibration is developed.</p>