Essa dissertação apresenta o desenvolvimento de um protótipo de Dispositivo Rastreador (Eye Tracker) que permite a interação entre o usuário e o computador através dos movimentos oculares. O Rastreio Ocular (Eye Tracking) é o principal estudo dessa dissertação. Através de técnicas de Processamento Digital de Imagens procuramos detectar o Ponto de Interesse (Point of Regard) do usuário na tela do seu computador. O nosso protótipo foi desenvolvido com base nas técnicas de Foto-Oculografia e Vídeo-Oculografia, onde é possível detectar a íris do usuário em imagens e vídeos capturados em tempo real. O principal problema na utilização da íris para detectar o Ponto de Interesse do usuário, é obter um bom grau de precisão vertical mesmo nas imagens capturadas com a íris parcialmente coberta pelas pálpebras. A solução adotada foi a utilização dos algoritmos de detecção de círculos baseados na Transformada de Hough, onde além de detectar a íris com bom grau de precisão, foi possível obter uma taxa de processamento de 93 milissegundos por imagem analisada. O hardware do Dispositivo Rastreador foi montado artesanalmente, fixando o Dispositivo de Captura de Vídeo no visor direito de um óculos de proteção industrial. Em conjunto com o hardware, foram desenvolvidos softwares para permitir que Portadores de Necessidades Especiais possam emular o uso dos dispositivos de entrada padrão do computador (mouse e teclado) através dos movimentos oculares. Os principais sistemas criados foram: o "Mouse Óptico Ocular" e o "Teclado Óptico Ocular". O Mouse Óptico Ocular posiciona o cursor do mouse na região observada pelo usuário na tela do computador e o Teclado Óptico Ocular digita seqüências de caracteres através do mapeamento dos movimentos oculares do usuário. Ao final dessa dissertação, testes mostraram a eficácia dos modelos adotados no desenvolvimento do nosso protótipo e a possibilidade real do Dispositivo Rastreador auxiliar na Inclusão Digital de indivíduos sem a mobilidade dos seus membros superiores.

Essa tese de mestrado apresenta o projeto e desenvolvimento de unidade de aquisição de dados multicanal a ser integrante de uma rede de sensores inteligentes, abordando o estudo realizado para o desenvolvimento do projeto do circuito eletrônico e descrevendo os blocos de hardware e software implementados. Pontos relevantes e característicos dos sistemas de aquisição de dados multicanal e multitaxa são discutidos juntamente com as soluções possíveis dos problemas encontrados em tais sistemas, tal como o sincronismo entre os canais de aquisição. Os resultados do projeto são apresentados em forma de simulações e ensaios com medidas de sinais de testes utilizados para validação do funcionamento do protótipo.

As memórias são de fundamental importância no computador de bordo de um satélite, uma vez que são responsáveis por armazenar as informações necessárias para o funcionamento correto do mesmo, além dos dados coletados pela carga útil do satélite. Este trabalho propõe uma metodologia e aplicação da mesma em um sistema de memória, de tal forma que, através de passos bem definidos, possibilite a utilização de componentes de memórias não qualificadas para área espacial, com o grau de confiabilidade especificado. Uma etapa baseada no processo de screening foi utilizada como parte integrante de um programa de confiabilidade conduzido na fase de projeto e desenvolvimento do computador de bordo. Na aplicação, um lote mínimo de memórias SRAMs de categoria industrial projetada sem levar em conta efeitos do ambiente espacial (não possuindo garantia do fabricante para operar no espaço) foram submetidas a screening.A metodologia utiliza a aplicação da técnica de screening com a finalidade de conhecer as características de confiabilidade desses componentes e a eliminação de componentes defeituosos. Uma outra etapa abordada na metodologia é o aumento da confiabilidade no desenvolvimento do módulo de memórias SRAMs para o computador de bordo, utilizando os componentes que sobreviveram ao screening. Finalmente, é proposta uma etapa de validação do desenvolvimento do aumento da confiabilidade do módulo, utilizando o método de injeção de falhas. Os resultados conseguidos através da aplicação da metodologia aos módulos de memória SRAM demonstram que a metodologia proposta pode vir a ser uma eficiente ferramenta de projeto a ser utilizada no desenvolvimento de sistemas espaciais.

A spintrônica, que está inserida na nanotecnologia, se mostra hoje muito promissora no sentido de aprimorar outras tecnologias como a própria eletrônica convencional, a fotônica, a computação quântica, etc. Ela se baseia no transporte e manipulação do spin dos portadores em sistemas de estado sólido. No entanto, para sua implementação necessitamos produzir novos materiais com características bem específicas. Destacamos aqui os semicondutores magnéticos diluídos (SMDs), que são formados pela inclusão, por exemplo, de metais de transicão (MTs) em semicondutores. Neste trabalho investigamos uma abordagem alternativa de SMDs, com a inclusão de dois tipos de MTs ao mesmo tempo nos semicondutores GaN e ZnO (especialmente utilizados em dispositivos optoeletrônicos). Estes SMDs quaternários tem o potencial de apresentar um estado fundamental antiferromagnético (AFM) com polarização de spin (talvez 100%, ou seja, sendo meio-metais), com a interessante vantagem de não ter campo magnético resultante. Para a realização deste estudo utilizamos a combinação da Teoria do Funcional da Densidade com a Aproximação Quase Química Generalizada (GQCA), sendo este último modelo teórico desenvolvido neste trabalho. Observamos que a interação entre os pares Mn/Co e Cr/Ni é tanto AFM quanto meio metálica em GaN, para uma estrutura ordenada com apenas este tipo de interação. Porém, com o emprego do método GQCA, no estudo das ligas MnxCo0,056-xGa0,944N e CrxNi0,056-xGa0,944N notamos que estas: (i) apresentam estado fundamental AFM até x em torno de 3,5%, (ii) não tem meio-metalicidade, mas apresentam polarização significativa e (iii) possuem em geral temperatura de transição magnética menor que as ligas ternárias usuais. Estudamos também, uma outra abordagem para estes sistemas: as heteroestruturas digitais magnéticas. Ressaltamos que este estudo é bem amplo e foi apenas iniciado neste trabalho, mas com alguns resultados promissores em que destacamos a monocamada de V em GaN com alta polarização de spin e temperatura crítica, ambas superando as ligas estudadas e também a investigação sistemática da interação entre camadas magnéticas.

Este trabalho aborda o estudo de redes de antenas de microfita que apresentam características de funcionamento específicas, como desempenho em largura de banda de impedâncias e razão axial, maiores que as habituais, além de baixos níveis de polarização cruzada e lóbulos laterais. Neste contexto, foram realizados projetos de redes, cujas características de funcionamento sugerem que as mesmas apresentam alto desempenho nos parâmetros considerados. Para levar a cabo tais projetos, são utilizadas técnicas de alargamento de banda de impedâncias, controle de nível de polarização cruzada e lóbulos laterais, bem como técnicas de geração de ondas circularmente polarizadas a partir de redes de elementos linearmente polarizados. Problemas, como a deterioração do comportamento dos diagramas com o aumento da largura de banda, comprometimento do nível de lóbulos laterais segundo a geometria da rede e definição de circuitos de alimentação que oferecesse maior estabilidade com a frequência, foram contornados através de técnicas, métodos e procedimentos, desenvolvidos ou aprimorados neste trabalho. Protótipos dos projetos realizados foram construídos e ensaiados, cujos resultados são analisados e comparados aos de simulação.

Esta pesquisa teve como objetivo desenvolver um anemômetro de fio quente para operar à corrente constante usando-se como elemento sensível, um termoresistor de platina, como braço da ponte de Wheatstone, para medir o fluxo de um fluido escoando em um tubo. Um protótipo do equipamento foi montado interligando as partes analógicas e digitais. Um circuito eletrônico microcontrolado foi construído para aquisição dinâmica de sinais, caracterizando a parte analógica. O sistema possui um condicionador analógico para o canal de entrada, possibilitando a leitura do sinal proveniente do transdutor anemométrico, controle de corrente do termoresistor de platina, controle da temperatura do elemento resistivo e ajuste de tensão para compatibilidade com a parte digital. A parte digital do sistema baseia-se no microcontrolador CY8C29466 com tecnologia PSoC - Programmable System on Chip da Cypress. Apresenta interface com o usuário através de teclado e mostrador de cristal liquido. A taxa de aquisição é de 10 amostras/s e o armazenamento dos dados é feito em memória EEPROM interna ao microcontrolador. Para a calibração do anemômetro de sinais foi adotado o procedimento de calibração dinâmica, tendo como referência um Becker graduado, uma balança de precisão de 0.1g e um cronômetro digital. Foi determinado o comportamento do condicionador através de ensaios dinâmicos, sendo apresentados gráficos de resultados de vazões em função dos valores de tensão provenientes da ponte de Wheatstone. Os dados resultantes de ensaios dinâmicos e simulações foram adquiridos por um osciloscópio digital, multímetro digital, software de simulação PROTEUS 7.1 e pelo sistema de aquisição desenvolvido. São mostrados gráficos comparativos dos sinais obtidos e simulados com ambos os equipamentos.

Este trabalho apresenta um sistema completo para simulação e avaliação do uso de filtros estocásticos para combinar medidas de posição feitas por um sistema inercial, composto de girômetros e acelerômetros, com medidas de posição de um sistema GPS, de modo que possamos extrair uma estimativa do erro de posição acumulado por integração das medidas dos sensores inerciais e corrigir a leitura do mesmo. Para tal, foram desenvolvidos em detalhes e validados um modelo de navegação e um modelo de espaço de estados onde o vetor de variáveis ocultas é a combinação dos erros de posição, velocidade, atitude e fator de escala dos sensores inerciais e deriva de ambos os sensores, inerciais e do GPS. Ainda foram implementados e analisados em sua performance três tipos de Filtros aplicados quando o modelo de observações é não-linear: o Filtro Estendido de Kalman (EKF), o Filtro de Kalman Unscented (UKF) e o Filtro de partículas com Função de importância ótima e Reamostragem. Resultados da Integração Inercial-GPS em diversas trajetórias e configurações de parâmetros são apresentados, bem como os problemas e as soluções na implementação são discutidos.

Sistemas de Detecção e Reconhecimento Automático de Alvos (ATD/R) são de extrema importância para instituições militares e de defesa. Esses sistemas de vigilância são bastante complexos e se baseiam em dados e informações provenientes de diversos tipos de sensores para localizar, identificar e rastrear alvos inimigos. O objetivo principal desses sistemas ée auxiliar e atée mesmo substituir em parte o papel do homem na tarefa de detecção e reconhecimento de alvos utilizando um sistema confiável e eficiente capaz de realizar esta tarefa. Sistemas ATD/R baseados em imagens de Radar de Abertura Sintética (SAR) são bastante sensíveis às variações de posição, tamanho e orientação dos alvos e portanto constituem um grande desafio para seu desenvolvimento. Essa dissertação apresenta um estudo e uma implementação de um sistema de Detecção Automática de Alvos (ATD) utilizando uma abordagem de reconhecimento de padrões conhecida como Casamento de Padrões baseada em Correlação Cruzada Normalizada que busca encontrar similaridades entre as regiões da imagem analisada com um modelo fornecido de um alvo.

Este trabalho considera um sistema aéreo autônomo não propulsado, lançado de aeronave, controlado por canards, utilizando guiamento terminal com realimentação visual, cujo objetivo é chegar a um determinado alvo em solo com o menor desvio possível. É desenvolvido o modelo não-linear com seis graus de liberdade do artefato. O sistema de controle é projetado em uma determinada condição de voo e os ganhos obtidos são extrapolados para todo o envelope utilizando técnicas de otimização numérica, dados os requisitos de desempenho desejados. É desenvolvido um simulador de voo baseado em imagens de satélite capaz de gerar imagens de uma câmera embarcada no artefato. É implementado um método de análise das imagens geradas pelo simulador, baseado no método SIFT, capaz de registrar as imagens oblíquas da câmera com imagens ortogonais de satélite de referência. O resultado da análise das imagens permite a obtenção dos erros em azimute e elevação, realimentando o sistema de controle e permitindo o guiamento preciso do artefato até o alvo. O sistema completo é simulado na presença de vento e turbulência com a utilização de quatro configurações de sensores, consistindo de combinações de sistemas de navegação inercial, sistema de posicionamento global por satélites, e câmera de vídeo. O método de análise de imagens proposto e a acurácia das diferentes configurações de sensores são avaliados através de simulação Monte Carlo, quantificando as vantagens e desvantagens do guiamento visual.

Video Object Tracking plays a crucial role on several Computer Vision applications, such as Video Surveillance, Intelligent Transportation System (ITS), Human Machine Interface (HMI), Video Indexing and Shopping Behavior Analysis. Nevertheless, the processing power demanded by object tracking techniques still consists in a bottleneck to their wider adoption. To reduce this computational power demand, some techniques that extract object motion information from compressed video domain, instead of the raw video, have been developed. This work addresses the problem of efficiently tracking objects from compressed video. The focus is on algorithms that track objects using motion estimation informationfrom MPEG-2 and MPEG-4 family of video compressors. Two complementary solutions are presented. At first, a novel Spatiotemporal Motion-Vector Consistency Filter is proposed and evaluated. The filter is applied on the initial stage of tracking algorithm and significantly reduces the noisy motion vectors which do not represent a real object movement. Then, a Kalman Filter is used to provide improved estimations of objects position and size. A novel model for Kalman Filter application on the context of motion-vector based object tracking is proposed and evaluated, with determination of measures and noise patterns. Qualitative and quantitative experiments, with standard metrics, are performed displaying that the proposed Spatiotemporal Filter outperforms the currently widely used Vector Median Filter. The results obtained with the Spatiotemporal Filter make it suitable as a first step of any system that aims to detect and track objects from compressed video using its motion vectors. Both filters are jointly used in a complete object tracker system denominated moveTRAKS - motion-vector based object Tracker with Kalman filter and Spatiotemporal filter. The moveTRAKS is also qualitative and quantitative tested, demonstrating its efficiency and limitations for compressed video object tracking.