O presente trabalho de doutorado teve por objetivo a criaçãao de uma nova família de transformadas wavelet, chamadas Morphlets, que é específica para o processo de conversão de voz. Antes de explicar a criação da Morphlet, foi apresentada uma breve revisão bibliográfica sobre o funcionamento da Transformada Discreta Wavelet, sobre os processos de conversão de voz, algoritmos para criação de novas wavelets, entre outros tópicos. Em seguida é feita uma descrição detalhada da técnica utilizada para criação das Morphlets e, posteriormente, foi apresentado um novo algoritmo para conversão de voz baseado nas Morphlets. A criação das Morphlet, assim como o algoritmo proposto para conversão de voz baseado nela, inexistem na literatura, até o presente momento. Para testar à eficiência da técnica proposta de conversão de voz usando as Morphlets foram realizados testes diversos, principalmente baseados em critérios perceptuais, sendo os resultados obtidos motivadores, o que indicou um avanço na área. / The objective of this PhD work is the creation of a new family of wavelet transforms, called Morphlets, particularly designed for voice conversion. Before explaining the creation of this new family of transforms, a brief literature review on the Discrete Wavelet Transform, voice morphing procedures, algorithms to create specific wavelets, among other topics, was presented. This is followed by a detailed description of the technique used to create the new family of wavelets and, then, the algorithm for voice conversion based on this new transform. To date, the creation of Morphlets and the algorithm for voice conversion do not exist in the literature. In order to test the effectiveness of the proposed approach, many tests, mainly based on perceptual criteria, were performed. The results indicate an improvement in the area.

Desenvolvemos um método capaz de reconhecer assinaturas de descargas do órgão elétrico de peixes de campo elétrico fraco da espécie Gymnotus carapo. A assinatura de um peixe é computada com base no espectro de frequências de suas descargas, extraído por meio de uma transformada de Fourier, ou com base em uma análise tempo-frequência das mesmas, realizada por meio de uma transformada complexa de dupla árvore de pacote wavelet. Com o auxílio de uma máquina de vetores de suporte, um método de classificação supervisionada, utilizamos essas assinaturas para identificar, com boa precisão (estimada em 96%), o peixe de origem de cada descarga de órgão elétrico recebida durante uma aquisição com dois peixes movimentando-se livremente em um mesmo aquário. / We developed a method capable of recognizing signatures of the electric organ discharges of the weakly electric fish Gymnotus carapo. The signature of a fish is computed based on the frequency spectrum of its discharges, extracted using a Fourier transform, or based on a time-frequency analysis, done using a dual-tree complex wavelet packet transform. With the aid of a support vector machine, a supervisioned classification method, we use these signatures to identify, with good precision (estimated at 96%), the source fish of each electric organ discharge received during an acquisition with two fish freely swimming in the same aquarium.

A pesquisa em sistemas de visão artificial pode abordar tanto modelos puramente matemáticos quanto buscar inspiração em sistemas biológicos. Como o ser vivo contém as \"respostas\" em suas estruturas neurais de como desempenhar o sentido da visão, é coerente a investigação deste para elaboração de projetos em visão cibernética. O invertebrado terrestre de melhor visão, a aranha saltadora (Salticidae), é capaz de perceber e diferenciar formas, tamanhos e cores dos estímulos visuais, bem como o movimento destes em termos de velocidade e orientação. Nessa dissertação busca-se caracterizar e quantificar essa percepção por meio de uma metodologia para aquisição e análise de sinais biológicos, considerando tanto uma instrumentação para fisiologia não-invasiva quanto respostas das aranhas a estímulos visuais. Trata-se de uma nova abordagem com características melhoradas no que se refere a consumo de tempo e objetividade na realização de experimentos psicofísicos, o que vem a complementar os estudos comportamentais por observação humana realizados por Forster [Forster, L.M., (1985), Target discrimination in jumping spider (Araneae: Salticidae), In: Neurobiology of Arachnids (ed. by F.G.Barth), 249-272, Springer-Verlag]. Projetou-se um programa em Delphi® para gerenciamento dos experimentos por computador, o qual controla as estimulações, apresentando imagens, enquanto medidas de micromovimentos do corpo e/ou apêndices são capturadas, através de um aparato que se assemelha a um \"estetoscópio para invertebrados\", pois capta batimentos cardíacos (micromovimentos específicos). Essas medidas são gravadas para processamento por rotinas desenvolvidas em Matlab (filtragens, correlações entre estímulos e sinais captados, visualizações do sinal no domínio do tempo e freqüência, histogramas de ciclos de batimento, etc.), procurando as relacionar à percepção de padrões da aranha. A abordagem psicofísica da corrente dissertação é original e representativa uma vez que o estudo do comportamento visual da Salticidae restringiu-se, principalmente, a métodos observacionais. Confirmou-se a sensibilidade da aranha saltadora aos movimentos de estímulos apresentados bem como o reconhecimento de padrões bidimensionais, verificando-se uma variação de freqüência cardíaca não caracterizada meramente em termos de aumento e diminuição / The research on artificial vision can approach as much models purely mathematical as to be inspired on biological systems. Once the living being has the \"answer\" on how to perform the vision in their neural structures, it is consistent to investigate the anatomy, physiology and psychophysics in order to elaborate projects in cybemetic vision. The terrestrial invertebrate possessing the best vision, the jumping spider (Salticidre), is capable of perceiving and discriminating visual stimulus form, size, colors and even the movement in terms of speed and orientation. ln this dissertation, our main objective is spider perception characterization and quantification through an acquisition and analysis methodology, considering both the non-invasive instrumentation for physiology and Salticidre response to visual stimuli. It represents a new approach with improved characteristics over otherwise time consuming and subjective psychophysical experiments, complementing the behavioral studies by human observation, particularly Forster\'s research [Forster, L.M, (1985), Target discrimination in jumping spider (Aranece: Salticidce), In: Neurobiology of Arachnids (ed. by F.G. Barth), 249-272, Springer-Verlag]. The computer aided experiment management (Delphi® designed program) guarantees the presentation of computerized images to stimulation while capturing measures of corporal displacements, using an apparatus that resembles an \"invertebrate stethoscope\", due detects heartbeats (specific micromovements). We process these recorded measures by Matlab designed routines (filtering, correlation between stimuli and captured signals, etc.), looking for relationship between these measures and the spider pattem recognition. The psychophysical core of the current dissertation is original and representative, mainly when the classical behavioral studies are well restricted to observational methods. We affirm the Salticidae sensitivity to the presented stimulus displacements as well as the two-dimensional pattem recognition, beyond to establish a heartbeat frequency variation not described merely in terms of increasing and decreasing

Este trabalho apresenta um modelo matemático para a inferência do estado emocional de um usuário ou interlocutor com base em suas expressões faciais. O modelo apresentado consiste em dois estágios básicos, responsáveis pelo tratamento de sinais e sua integração, respectivamente. No primeiro estágio, filtros de Kalman independentes são utilizados para o processamento paralelo dos sinais relativos às expressões faciais emocionais. O estágio de integração, por sua vez, aplica os sinais filtrados a um sistema no qual uma partícula desliza sobre uma superfície a qual representa os estados e transições emocionais. O estado emocional do interlocutor é inferido, quadro a quadro, por meio da inspeção da posição instantânea da partícula. Uma heurística de simulação-otimização baseada em recozimento simulado (simulated annealing), é introduzida a fim de automatizar o processo de ajuste dos parâmetros do modelo em conformidade com o algoritmo de detecção de expressões faciais escolhido. O modelo proposto foi validado utilizando-se um corpus contendo 51 vídeos. Os resultados são comparados à classificação realizada por um grupo de voluntários, correspondendo a esta em 92% dos casos. / This work presents a mathematical model for emotional state inference based solely on facial expressions. The presented model consists of two basic steps, which are responsible for signal processing and its integration, respectively. During the former, independent Kalman filters are employed for parallel processing of emotional facial expression related signals. The later step, integration, applies those filtered signals to a system where a massless particle slides along a surface representing the emotional states of interest and its transitions. The subjects emotional state is inferred from the particles instantaneous position at each frame. A simulation-optimization heuristic based on simulated annealing is introduced as for fully automatic parameter tuning technique, which allows for easily coupling between the proposed model and different facial expression detection algorithms. The proposed model is validated against 51 multimodal emotional videos. The results are compared to human-based classification and a 92% agreement rate is observed.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Neste trabalho, treze amostras de aÃo ASTM A516 Gr. 60, que à um tipo de aÃo carbono muito utilizado na construÃÃo de tubos de pressÃo e caldeiras pela indÃstria, foram selecionados para uma avaliaÃÃo do comportamento microestrutural de cada amostra apÃs um processo de tratamento termomecÃnico. Os mÃtodos utilizados para este ensaio foram os nÃo destrutivos: ruÃdo magnÃtico de Barkhausen (RMB) e correntes parasitas (CP), sÃo tÃcnicas eletromagnÃ-ticas com caracterÃsticas dependentes da microestrutura das amostras que se pretende avaliar. As amostras foram divididas em grupos e cada grupo passou por um tratamento diferente dos demais. Dois grupos de oito amostras foram laminados a frio com reduÃÃo de espessura de 1, 3, 5 e 7% sendo que um dos grupos foi normalizado. Uma amostra ficou como recebido da fÃbrica, amostra de referÃncia, e o restante foi normalizado e em seguida foi feito um recozi-mento a 750ÂC. Em seguida, todos os grupos foram caracterizados metalograficamente atravÃs de um microscÃpio Ãptico para definir o tamanho mÃdio de grÃos. ApÃs esta etapa foram coletados sinais de RMB e CP. Os sinais foram avaliados por meio de tÃcnicas de processa-mento de sinais e funÃÃes estatÃsticas, assim determinar valores que correspondam ao reflexo dos tratamentos termomecÃnicos sobre as microestruturas. Para os sinais de RMB buscou-se a posiÃÃo e amplitude mÃxima de pico, o sinal de energia, rms, assimetria e curtoses voltados apenas para domÃnio do tempo. Jà para os sinais de CP, buscaram-se as variaÃÃes de fase ou angular e amplitude para diferentes frequÃncias de excitaÃÃo da sonda. Os dados foram con-frontados com a amostra de referÃncia, obtendo-se resultados conforme esperado na literatura. / In this study thirteen samples of ASTM A516 Gr 60, which is a type of carbon steel widely used in the construction of pressure pipes for industrial boilers were selected for microstructural evaluation of the behavior of each sample after a process of thermomechanical treatment. The methods used for this test were nondestructive test: Magnetic Barkhausen Noise (MBN) and Eddy Current (EC) which are electromagnetic techniques with great dependence on the microstructural characteristics of the samples were assessed. The samples were divided into groups and each group underwent a different treatment from others. Two groups of eight samples were cold rolled with a thickness reduction of 1, 3, 5 and 7% and one of the groups was normalized. A sample was as received from the factory, reference sample and the remainder was normalized and then annealing was done at 750 ÂC. Then all groups were metallographically characterized using an optical microscope to determine the average grain size. After this step signals MBN and EC were collected. The signals were evaluated using signal processing techniques and statistical functions, thereby determining values that correspond to the reflection of thermomechanical treatments on the microstructures. For signs of MBN sought the position and maximum peak amplitude of the signal energy, rms, skewness, kurtosis directed only to the time domain. As for the signs of EC, we sought variations or phase angle and amplitude for different excitation frequencies of the probe. Data were compared with the reference sample, yielding results as expected in the literature.

FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / Anualmente no mundo, milhÃes de pessoas morrem vÃtimas de cardiopatias que em grande parte, podem ser detectadas atravÃs de sinais em eletrocardiograma. Essa anÃlise envolve o estudo do sinal, correspondendo Ãs arritmias estudadas, processo que pode ser automatizado atravÃs do aprendizado de mÃquinas. Esse trabalho compara os classificadores Floresta de Caminhos Ãtimos(OPF), utilizando 6 mÃtricas de distÃncias, MÃquinas de Vetores de Suporte com nÃcleo de funÃÃo de base radial (SVM-RBF) e Classificador Bayesiano aplicados problema da classificaÃÃo de arritmias em eletrocardiogramas, usando 6 tÃcnicas de extraÃÃo de atributos e uma metodologia de separaÃÃo de conjuntos para evitar a interferÃncia das informaÃÃes de pacientes na classificaÃÃo. A base de dados utilizada foi a MIT-BIH Arrhythmia Database e foram avaliados desempenho em termos de taxa de acerto, generalizaÃÃo, atravÃs de sensibilidade e especificidade, e custo computacional. Foram consideradas classificaÃÃes em 5 e 3 classes de arritmias. O OPF mostrou o melhor desempenho em termos de generalizaÃÃo, enquanto o SVM-RBF obteve as maiores taxas de acerto. Os tempos de treino do OPF foram os menores entre os classificadores. No teste, o SVM-RBF foi o classificador que apresentou o menor custo computacional. / Currently in the world, millions of people die, victims of heart diseases, which in large part can be detected by analyzing signals of the electrocardiogram. This analysis involves the study of the signal corresponding to the arrhythmia studied and can be automated through machine learning. This work compares the Optimum Path Forest (OPF) classifier using 6 distance metrics, the Support Vector Machines classifier with radial basis function kernel (RBF-SVM) and the Bayesian classifier, applied to the problem of ECG arrhythmias classification. This is done using 6 feature extraction techniques and a methodology for separating sets, to avoid the interference of patient information in classification. The performance is evaluated in terms of accuracy, generalization, through specificity and sensitivity, and computational cost. Classification was done using 5 and 3 classes of arrhythmias. The OPF showed the best performance in terms of generalization, while the SVM-RBF had the highest accuracy rates. The training times of OPF were the lowest among the classifiers. In the test, the RBF-SVM classifier presented best computational cost.

A análise do sono está baseada na polissonogra a e o sinal de EEG é o mais importante. A necessidade de desenvolver uma análise automática do sono tem dois objetivos básicos: reduzir o tempo gasto na análise visual e explorar novas medidas quantitativas e suas relações com certos tipos de distúrbios do sono. A estrutura do sinal de EEG de sono está relacionada com a chamada microestrutura do sono, que é composta por grafoelementos. Um destes grafoelementos é o fuso de sono (spindles). Foi utilizado um delineamento transversal aplicado a um grupo de indivíduos normais do sexo masculino para testar o desempenho de um conjunto de ferramentas para a detecção automática de fusos. Exploramos a detecção destes fusos de sono através de procura direta, Matching Pursuit e uma rede neural que utiliza como "input"a transformada de Gabor (GT). Em comparação com a análise visual, o método utilizando a transformada de Gabor e redes neurais apresentou uma sensibilidade de 77% e especi cidade de 73%. Já o Matching Pursuit, apesar de mais demorado, se mostrou mais e ciente, apresentando sensibilidade de 81,2% e especi cidade de 85.2%.

As diversas áreas da Engenharia, em parceria com a ciência médica, têm contribuído de forma eficaz para o avanço do conhecimento e dos resultados em aplicações práticas na vida do deficiente físico. De forma geral, pesquisas com este foco têm permitido o desenvolvimento de dispositivos e recursos com o objetivo de oferecer novamente a mobilidade e a liberdade perdidas com a deficiência. Este trabalho tem a finalidade de desenvolver um sistema que utiliza Eletromiografia de Superfície e Máquina de Vetores de Suporte para a caracterização de determinados movimentos de um braço humano, possibilitando, futuramente, a integração em sistemas de reabilitação. Primeiramente os sinais mioelétricos são obtidos nos músculos do braço de voluntários através de eletrodos de superfície ligados a um eletromiógrafo. O sinal é adquirido, utilizando como padrão um modelo virtual que demonstra ao voluntário os movimentos do segmento mão-braço que devem ser imitados. Esses movimentos são executados e seus sinais mioelétricos adquiridos. Posteriormente, esses sinais são processados e características são extraídas. Em seguida, são alocadas algumas de suas características (RMS, média, variância, desvio padrão, skewness e kurtosis) na entrada da Máquina de Vetores de Suporte, que apresenta, como saída, o reconhecimento, ou não, do movimento previamente executado pelo voluntário. No final do processo, observou-se que aumentando o número de canais elevou-se a taxa de acerto dos movimentos e, com a retirada de determinada característica, houve decréscimo na taxa de acerto do sistema. Nestes casos, os 9 movimentos distintos atingiram uma taxa de acerto média de 83,2%, para dois canais, e 91,3%, para oito canais, e, em ambos sistemas de canais, com as seis características. / A wide range of engineering scopes, along with the knowledge from the medical science, has efficiently been contributing to further knowledge and results for practical applications in the life of the physically challenged. In general, such researches have allowed the development of devices and resources aimed at giving back the mobility and freedom lost with the deficiency. This paper intends to develop a system that uses Surface Electromyography and Support-Vector Machines (SVM) for the characterization of specific movements of a human arm enabling the future integration in rehabilitation systems. At first, myoelectric signals are obtained in the arm muscles of volunteers by means of surface electrodes attached to an Electromyography. The signal is acquired using a virtual model as pattern demonstrating to the volunteer the hand-arm movements which are to be replicated by the subject. As these movements are done, its respective myoelectric signals are acquired. Later on, these signals are processed and their characteristics extracted. Some of these features (such as RMS, standard deviation, variance, mean, kurtosis, skewness) will then be inserted in as input data in the Support- Vector Machine, which shows as an output a valid or null recognition of the movement earlier executed by the volunteer. At the end of the process, it was observed that increasing the number of channels increased by hit rate movements and, with the removal of certain characteristic, there was a decrease in the hit rate of the system. In these cases, nine distinct movements reached an average accuracy of 83.2% for two channels, and 91.3% for eight channels, and in both systems of channels, with six features.

Orientador: José Antenor Pomilio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T03:53:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bonaldo_JaksonPaulo_M.pdf: 2972818 bytes, checksum: d23d65d56a50edebdb72fdfa13beb6b6 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Esta dissertação aborda conversores eletrônicos de potência utilizados em processos de produção de ozônio por descarga eletrostática em alta freqüência, propondo técnicas para melhorar o desempenho do sistema, bem como aumentar a confiabilidade do mesmo. Uma das técnicas propostas é utilizada para evitar a saturação dos transformadores de alta tensão, por meio da introdução de um controle rápido de corrente. Um controle lento da tensão também é introduzido, visando eliminar níveis médios que possam existir nas tensões, evitando assim a atuação prolongada do controle de corrente. Com intuito de aumentar a potência do sistema e, conseqüentemente, a geração de ozônio, são realizados estudos baseados em uma topologia de conversores polifásicos. É proposta uma nova técnica de controle para equalizar as potências nas fases do conversor. Discrepâncias nas potências ocorrem devido às diferenças entre os valores dos parâmetros das células geradoras de ozônio e dos transformadores, levando a um desbalanceamento da carga polifásica conectada ao conversor. A técnica de equalização consiste basicamente em aplicar tensões desbalanceadas à carga para compensar o desequilíbrio. Para tanto, é necessário realizar a realimentação de tensões e correntes no primário dos transformadores. São apresentados estudos, simulações e resultados experimentais para validar as técnicas e topologia propostas. Os resultados obtidos a partir da implementação prática convergem para os resultados obtidos por simulação, indicando que os métodos estudados são viáveis para a aplicação / Abstract: This work discusses power electronic converters used in ozone generation by highfrequency electrostatic discharge, suggesting techniques to improve the system performance and increase its reliability. One of the techniques is used to avoid saturation of the high voltage transformer through the introduction of a fast current control. A slow voltage control is introduced too. This control eliminates average levels that may exist under the voltage, thus avoiding the actuation of the current control for long time. A poly-phase topology is studied in order to increase the power delivered to the load and, consequently, the generation of ozone. A new control technique is proposed to equalize the power among the phases of the converter. Discrepancies in power values, among converter phases, are due to the dispersion of the parameters of the ozone generating cells and transformers, leading to a load imbalance. The equalization technique consists basically on applying unbalanced voltages to the load, in order to compensate the load unbalance. Therefore, it is necessary to perform the feedback voltage and currents on the primary side of transformers. It is presented studies, as well as, simulations and experimental results to validate the topology and the proposed techniques. The results obtained from the implementation converge to the simulated ones, indicating that the studied methods are feasible for implementation / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: João Marcos Travassos Romano / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-17T02:34:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosa_EduardodeSouza_M.pdf: 927396 bytes, checksum: 97e57986c5309fbfd62a2edb8c63a482 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A multiplexação de polarização é uma técnica promissora que permite dobrar a capacidade de transmissão das próximas gerações de sistemas de comunicações ópticas operando a 40 Gb/s. Tais sistemas são dependentes de processamento digital de sinais, tanto para efetuar a separação dos sinais multiplexados em polarização, quanto para combater degradações impostas pelo canal óptico. Em geral, técnicas não supervisionadas como o algoritmo do módulo constante (CMA - Constant Modulus Algorithm) multiusuário são utilizadas para realizar a separação e a equalização simultaneamente. No entanto, este método apresenta algumas desvantagens, em especial a possibilidade de perda de um dos sinais transmitidos quando o sistema apresenta perda dependente de polarização. Este trabalho propõe uma nova estrutura de demultiplexação usando uma técnica de separação conhecida como análise de componentes independentes em conjunto com um equalizador adaptado pelo algoritmo do módulo constante. A técnica proposta é avaliada por meio de simulações, confirmando-se um bom desempenho diante das principais distorções lineares presentes em sistemas de comunicação óptica e verificando-se uma maior robustez em termos de perda dependente de polarização / Abstract: Polarization multiplexing is a promising technique, able to double the capacity of next generation optical communication systems working at 40 Gb/s. Such systems are dependent of digital signal processing, both to separate the signals in multiplexed polarization, and to combat impairments imposed by optical channel. In general, unsupervised techniques such as multiuser CMA (Constant Modulus Algorithm) are used to perform the separation and equalization simultaneously. However, this method has some drawbacks, in particular the possibility of losing one of the signals when the system has polarization dependent loss. This work proposes a new structure for demultiplexing employing a separation technique known as independent component analysis in conjunction with an equalizer adapted by the Constant modulus algorithm. The proposed technique is evaluated through simulations, confirming the good performance in front of the main linear distortions present in optical communication systems and being more robust in terms of polarization dependent loss / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica