Esse trabalho é um estudo sobre circuitos resistivos que apresentam a característica da autossimilaridade em sua configuração. A construção desses circuitos é feita de uma maneira recursiva, de forma análoga a um fractal autossimilar. Os circuitos são analisados pelas suas resistências equivalentes, sendo obtida uma condição para convergência desse valor. Os conceitos auxiliares necessários ao tema desta dissertação abordam a representação de um circuito resistivo como um grafo, além de conceitos envolvendo fractais autossimilares. São propostas ao final de cada capítulo atividades interdisciplinares acessíveis a alunos de ensino médio, com conteúdos envolvendo resistência equivalente, sequências, conjuntos, e noções de área e perímetro. / This work is a study of resistive circuits which present a characteristic of self similarity in their configuration. The construction of these circuits is made in a self recursive way, analogously to a self similar fractal. The circuits are analyzed by their equivalent resistance, and a condition for convergence of this quantity is obtained. Auxiliary concepts that are necessary to this dissertation theme treat the resistive circuit as a graph, and concepts involving self similar fractals. It is proposed at the end of each chapter interdisciplinary activities that are accessible to high school students, with topics involving equivalent resistence, sequences, sets, and notions of area and perimeter.

O objetivo do presente trabalho foi propor métodos de processamento de sinais e reconhecimento de padrões dos sinais de respostas de sensores de gás, utilizando técnicas e modelos da geometria fractal. Foram analisados e estudados os sinais de resposta de dois tipos de sensores. O primeiro sensor foi um dispositivo de óxido de estanho, cujo princípio de funcionamento baseia-se na mudança da resistividade do filme. Este forneceu sinais de respostas com características ruidosas como resposta à interação com as moléculas de gás. O segundo sensor foi um dispositivo Metal-Óxido-Semicondutor (MOS) com princípio de funcionamento baseado na geração de foto corrente, fornecendo respostas imagens bidimensionais. Para as análises dos sinais ruidosos do sensor de óxido de estanho, foi proposto um método de processamento baseado no modelo do movimento Browniano fracionário. Com este método foi possível a discriminação de gases combustíveis com uma taxa de acerto igual a 100%. Para as análises das respostas do tipo imagem do sensor MOS, foram propostos dois diferentes métodos. O primeiro foi embasado no princípio de compressão fractal de imagens e o segundo método proposto, foi baseado na análise e determinação da dimensão fractal multiescala. Ambos os métodos propostos mostram-se eficazes para a determinação da assinatura, como o reconhecimento, de todos os gases que foram utilizados nos experimentos. Os resultados obtidos no presente trabalho abrem novas fronteiras e perspectivas nos paradigmas de processamento de sinais e reconhecimento de padrões, quando utilizada a teoria da geometria fractal. / The aim of the present work was to propose methods for signal possessing and pattern, recognition from the signals response of gas sensors using models and techniques from the fractal geometry. The data studied and analyzed were obtained from two kinds of sensors. The first sensor was the tin oxide device, which detection principle is based on the resistivity changes of the tin oxide film and it provides noisy signals as response to the gas interaction. The second sensor was a metal-oxide-semiconductor (MOS) device, which has as the working principle the photocurrent generation. This sensor provides two-dimensional images signals. A method using a fractional Brownian motion was proposed to analyze the noise signal from the tin oxide device. The fuel gases discrimination employing this model was 100% successful. Two different methods were proposed to analyze the signal response from the MOS device. The first method was based on the fractal image compression technique and the second one was based on the analysis and determination of the multiscale fractal dimension. Both proposed methods have shown to be efficient tools for signature determination as the pattern recognition of all gases that were used in the experiment. The results obtained in the present work open new frontiers and perspectives inside the paradigms of the signal processing and pattern recognition by using the fractal theory.

O objetivo do presente trabalho foi propor métodos de processamento de sinais e reconhecimento de padrões dos sinais de respostas de sensores de gás, utilizando técnicas e modelos da geometria fractal. Foram analisados e estudados os sinais de resposta de dois tipos de sensores. O primeiro sensor foi um dispositivo de óxido de estanho, cujo princípio de funcionamento baseia-se na mudança da resistividade do filme. Este forneceu sinais de respostas com características ruidosas como resposta à interação com as moléculas de gás. O segundo sensor foi um dispositivo Metal-Óxido-Semicondutor (MOS) com princípio de funcionamento baseado na geração de foto corrente, fornecendo respostas imagens bidimensionais. Para as análises dos sinais ruidosos do sensor de óxido de estanho, foi proposto um método de processamento baseado no modelo do movimento Browniano fracionário. Com este método foi possível a discriminação de gases combustíveis com uma taxa de acerto igual a 100%. Para as análises das respostas do tipo imagem do sensor MOS, foram propostos dois diferentes métodos. O primeiro foi embasado no princípio de compressão fractal de imagens e o segundo método proposto, foi baseado na análise e determinação da dimensão fractal multiescala. Ambos os métodos propostos mostram-se eficazes para a determinação da assinatura, como o reconhecimento, de todos os gases que foram utilizados nos experimentos. Os resultados obtidos no presente trabalho abrem novas fronteiras e perspectivas nos paradigmas de processamento de sinais e reconhecimento de padrões, quando utilizada a teoria da geometria fractal. / The aim of the present work was to propose methods for signal possessing and pattern, recognition from the signals response of gas sensors using models and techniques from the fractal geometry. The data studied and analyzed were obtained from two kinds of sensors. The first sensor was the tin oxide device, which detection principle is based on the resistivity changes of the tin oxide film and it provides noisy signals as response to the gas interaction. The second sensor was a metal-oxide-semiconductor (MOS) device, which has as the working principle the photocurrent generation. This sensor provides two-dimensional images signals. A method using a fractional Brownian motion was proposed to analyze the noise signal from the tin oxide device. The fuel gases discrimination employing this model was 100% successful. Two different methods were proposed to analyze the signal response from the MOS device. The first method was based on the fractal image compression technique and the second one was based on the analysis and determination of the multiscale fractal dimension. Both proposed methods have shown to be efficient tools for signature determination as the pattern recognition of all gases that were used in the experiment. The results obtained in the present work open new frontiers and perspectives inside the paradigms of the signal processing and pattern recognition by using the fractal theory.

Esse trabalho é um estudo sobre circuitos resistivos que apresentam a característica da autossimilaridade em sua configuração. A construção desses circuitos é feita de uma maneira recursiva, de forma análoga a um fractal autossimilar. Os circuitos são analisados pelas suas resistências equivalentes, sendo obtida uma condição para convergência desse valor. Os conceitos auxiliares necessários ao tema desta dissertação abordam a representação de um circuito resistivo como um grafo, além de conceitos envolvendo fractais autossimilares. São propostas ao final de cada capítulo atividades interdisciplinares acessíveis a alunos de ensino médio, com conteúdos envolvendo resistência equivalente, sequências, conjuntos, e noções de área e perímetro. / This work is a study of resistive circuits which present a characteristic of self similarity in their configuration. The construction of these circuits is made in a self recursive way, analogously to a self similar fractal. The circuits are analyzed by their equivalent resistance, and a condition for convergence of this quantity is obtained. Auxiliary concepts that are necessary to this dissertation theme treat the resistive circuit as a graph, and concepts involving self similar fractals. It is proposed at the end of each chapter interdisciplinary activities that are accessible to high school students, with topics involving equivalent resistence, sequences, sets, and notions of area and perimeter.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Glauco dos Santos Reis.pdf: 1334999 bytes, checksum: d2d72d3f95a449c19482f55f82b7f61e (MD5) Previous issue date: 2011-08-22 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / A new image compression technique is proposed, based on the affine transformations (ATs) that define an iterated function system (IFS). Previous related research in the field has shown that an image may be approximated by iteratively subjecting a set of sub-regions to a group of ATs. In this case, the original image should be partitioned in regions, and each one of the active pixels are transformed by the AT. The new transformed set should be approximated to other image regions. This iterated execution to find ATs for the best set of areas might result in smaller storage space since the similar areas might be replaced by AT coefficients. Despite this advantage, the technique is computationally intensive, because both the sub-regions and the corresponding ATs that have to be searched for. Here, a new form of similarity is proposed, based on the successive points generated by the iteration of affine transformations. By understanding an AT as a discrete dynamical system, with each image point represented by an iteration of the AT, the method captures similarities between these points, namely, those with the same color in the image; by saving the starting point and the transformations coefficients, the points can be iterated back, to reconstruct the original image. This results in lighter computational effort, since the comparison is made point by point, instead of region by region. Experiments were made on a group of 10 images, representing a broad set of distinct features and resolutions. The proposed algorithm competes in terms of storage size, when compared to JPEG, mainly when the image size is small, and the number of colors are reduced, as currently happens for most images used in the Internet. Although the proposed method is faster than the traditional method for IFS compression, it is slower than common file formats like JPEG. / Uma nova técnica para compressão de imagens é proposta, baseada em conjuntos de transformações afins (affine transformations - ATs), normalmente conhecidos como sistemas de funções iteradas (iterated function system -IFS). Pesquisas anteriores mostraram que uma imagem poderia ser aproximada pela aplicação de um grupo de ATs em conjuntos de sub-regiões da imagem, de forma iterativa. Através deste processo, a imagem original seria subdividida em regiões e sobre a coordenada de cada ponto habilitado de cada região seria aplicada uma transformação afim. O resultado representaria um novo conjunto de pontos similares a outras regiões da imagem. A execução de forma iterada deste processo de identificação das ATs para o maior conjunto de regiões similares de uma determinada imagem permitiria uma redução no armazenamento, já que as regiões similares poderiam ser armazenadas como os coeficientes das transformações afins. Apesar desta vantagem em termos de compressão, a técnica é computacionalmente intensiva, pela busca exaustiva de sub-regiões e das ATs geradoras, de forma a proporcionar o melhor preenchimento em outras regiões da imagem. Esta pesquisa propõe uma nova forma de compressão baseada em ATs, utilizando a sequência de pontos gerada pela iteração das ATs. Entendendo uma AT como um sistema dinâmico em tempo discreto, cada novo ponto identificado é consequência direta da iteração da AT sobre o ponto anterior, permitindo a captura de similaridades nesta sequência de pontos. Através do salvamento dos coeficientes das ATs e das coordenadas iniciais, é possível a reconstrução da imagem pela iteração da AT a partir do ponto inicial. Isto pode resultar em menor esforço computacional, pois apenas comparações simples de pontos são necessárias, ao invés de comparações entre os pontos de regiões da imagem. Foram feitos experimentos em um conjunto de 10 classes de imagens, representando um espectro de diferentes características gerais e resoluções. O algoritmo proposto rivaliza em termos de armazenamento quando comparado ao formato JPEG, principalmente para imagens de pequeno tamanho e com número de cores reduzidas, como as utilizadas com frequência na Internet. Apesar de ser mais rápido para a compressão do que outros métodos baseados em IFS, ele é mais lento do que métodos clássicos como o JPEG.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-08-22 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / A new image compression technique is proposed, based on the affine transformations (ATs) that define an iterated function system (IFS). Previous related research in the field has shown that an image may be approximated by iteratively subjecting a set of sub-regions to a group of ATs. In this case, the original image should be partitioned in regions, and each one of the active pixels are transformed by the AT. The new transformed set should be approximated to other image regions. This iterated execution to find ATs for the best set of areas might result in smaller storage space since the similar areas might be replaced by AT coefficients. Despite this advantage, the technique is computationally intensive, because both the sub-regions and the corresponding ATs that have to be searched for. Here, a new form of similarity is proposed, based on the successive points generated by the iteration of affine transformations. By understanding an AT as a discrete dynamical system, with each image point represented by an iteration of the AT, the method captures similarities between these points, namely, those with the same color in the image; by saving the starting point and the transformations coefficients, the points can be iterated back, to reconstruct the original image. This results in lighter computational effort, since the comparison is made point by point, instead of region by region. Experiments were made on a group of 10 images, representing a broad set of distinct features and resolutions. The proposed algorithm competes in terms of storage size, when compared to JPEG, mainly when the image size is small, and the number of colors are reduced, as currently happens for most images used in the Internet. Although the proposed method is faster than the traditional method for IFS compression, it is slower than common file formats like JPEG. / Uma nova técnica para compressão de imagens é proposta, baseada em conjuntos de transformações afins (affine transformations - ATs), normalmente conhecidos como sistemas de funções iteradas (iterated function system - IFS). Pesquisas anteriores mostraram que uma imagem poderia ser aproximada pela aplicação de um grupo de ATs em conjuntos de sub-regiões da imagem, de forma iterativa. Através deste processo, a imagem original seria subdividida em regiões e sobre a coordenada de cada ponto habilitado de cada região seria aplicada uma transformação afim. O resultado representaria um novo conjunto de pontos similares a outras regiões da imagem. A execução de forma iterada deste processo de identificação das ATs para o maior conjunto de regiões similares de uma determinada imagem permitiria uma redução no armazenamento, já que as regiões similares poderiam ser armazenadas como os coeficientes das transformações afins. Apesar desta vantagem em termos de compressão, a técnica é computacionalmente intensiva, pela busca exaustiva de sub-regiões e das ATs geradoras, de forma a proporcionar o melhor preenchimento em outras regiões da imagem. Esta pesquisa propõe uma nova forma de compressão baseada em ATs, utilizando a sequência de pontos gerada pela iteração das ATs. Entendendo uma AT como um sistema dinâmico em tempo discreto, cada novo ponto identificado é consequência direta da iteração da AT sobre o ponto anterior, permitindo a captura de similaridades nesta sequência de pontos. Através do salvamento dos coeficientes das ATs e das coordenadas iniciais, é possível a reconstrução da imagem pela iteração da AT a partir do ponto inicial. Isto pode resultar em menor esforço computacional, pois apenas comparações simples de pontos são necessárias, ao invés de comparações entre os pontos de regiões da imagem. Foram feitos experimentos em um conjunto de 10 classes de imagens, representando um espectro de diferentes características gerais e resoluções. O algoritmo proposto rivaliza em termos de armazenamento quando comparado ao formato JPEG, principalmente para imagens de pequeno tamanho e com número de cores reduzidas, como as utilizadas com frequência na Internet. Apesar de ser mais rápido para a compressão do que outros métodos baseados em IFS, ele é mais lento do que métodos clássicos como o JPEG.