Orientadores: Romis Ribeiro de Faissol Attux, Ricardo Suyama / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T01:01:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nadalin_EvertonZaccaria_D.pdf: 2615054 bytes, checksum: 5d288f06df05b7075bf283243319df70 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Neste trabalho, foi estudado o problema de Separação Cega de Fontes (BSS), com ênfase nos casos chamados de subparametrizados, isto é, em que o número de fontes é maior do que o de misturas. A primeira contribuição proposta foi a de um limitante relacionado ao erro de inversão intrínseco ao problema quando é utilizada uma estrutura linear de separação. As outras contribuições estão relacionadas à hipótese de que as fontes são esparsas: i) uma proposta de metodologia híbrida, que se utiliza de conceitos baseados em independência e esparsidade dos sinais de forma simultânea para estimar tanto o sistema misturador quanto o número de fontes existentes em misturas com dois sensores; ii) a utilização de ferramentas de otimização baseadas na operação do sistema imunológico para a estimação do sistema misturador em problemas intrinsecamente multimodais; por fim, iii) uma proposta de utilização de um critério baseado em esparsidade para separação de fontes, sendo derivado um processo de otimização baseado na norma ?1 para este fim / Abstract: In this work, we studied the problem of Blind Source Separation (BSS), with emphasis on cases referred to as underdetermined, which occur when the number of sources is greater than the number of mixtures. The first contribution was a proposal of a bound to the inversion error that is intrinsic to the problem when a linear structure is used to perform separation. The other contributions are related to the hypothesis that the signals of the sources are sparse: i) the proposal of a hybrid methodology that employs concepts based on signal independence and sparsity to simultaneously estimate both the mixing system and the number of existing sources in mixtures with two sensors; ii) the use of optimization tools based on the modus operandi of the immune system to estimate the mixing system in problems that are inherently multimodal; finally, iii) the use of a criterion based on sparsity for source separation, which is derived from an optimization process based on the ?1 norm / Doutorado / Engenharia de Computação / Doutor em Engenharia Elétrica

[pt] Esta dissertação estuda uma nova proposta para a predição de séries baseada na decomposição de seqüências em sub- bandas de freqüência fazendo uso de uma modelo onde adaptam-se técnicas de filtragem e de processamento de sinais. A pesquisa proposta estuda formas alternativas de predição, utilizando a decomposição da série original em sub-bandas e sua posterior reconstrução. O modelo proposto é gerado pela convolução da seqüência invertida pelos filtros FIR do Banco de síntese. Os filtros utilizados para os testes do processo de decomposição e de predição são filtros FIR simétricos de ordem par. Testes foram realizados utilizando seqüências determinísticas bem variadas em termos de ocupação do espectro de freqüências, bem como seqüências não determinísticas geradas por processos autoregressivos. Os resultados podem ser classificados como muito bons comparados ao que se conhece na literatura. / [en] This work proposes a new technique for signals forecast based on the decomposition in frequency sub-bands. The model uses digital filters and signals processing techniques, exploiting properties of the analysis nd synthesis filter banks. Perfect reconstruction digital filter banks are used to allow subband prediction, usign least squares criteria. The approach was applied to a number of different filter banks, in order to determine the influence of filter length and other filter properties in the prediction error. The method was tested usign both, deterministic and random generated series with good results.

Em sistemas de comunicação viva-voz, o eco acústico origina-se da reprodução do sinal de fala que, posteriormente, sofre modificação e atraso devido à reflexão nas superfícies do ambiente e, finalmente, é captado e retorna ao seu emissor causando perturbação na conversação. Os dispositivos empregados no cancelamento de eco acústico (AEC, do inglês Acoustic Echo Cancellation) são essenciais na garantia da qualidade da comunicação em sistemas viva-voz, tendo em vista a característica de depreciação da clareza na conversa introduzida pela presença do eco. No presente trabalho propõe-se um sistema de cancelamento de eco acústico pré-filtrado (PAEC, do inglês Pre-Filtered AEC), que emprega um bloco de préprocessamento não-linear (NLP, do inglês Nonlinear Preprocessing) em cascata com um filtro adaptativo linear, definindo uma configuração de AEC com préfiltragem não-linear (NLPAEC, do inglês Non-linearly pre-Filtered AEC). Inicialmente, o bloco de NLP foi constituído de um modelo de alto-falante não-linear e com memória (NLML) baseado em um filtro de Volterra convencional com núcleos calculados a partir de um modelo físico que se mostrou preciso no modelamento de um alto-falante real. Assim, o sistema proposto NLPAEC(NLML) dispensaria o uso de um filtro adaptativo não-linear, com importante redução de complexidade. Realizou-se um estudo do desempenho de algoritmos adaptativos lineares considerando condições de linearidade e não-linearidade, com o intuito de comprovar o ganho do sistema proposto em relação ao cancelamento linear convencional, assim como a superioridade do modelo não-linear adotado em relação ao modelo polinomial adotado na literatura. O desempenho dos algoritmos foi analisado segundo os indicadores mais utilizados na literatura para a avaliação da performance de canceladores de eco, tais como: tempo de convergência, que fornece a informação de quão rápida é a adaptação do algoritmo; e redução do nível de eco acústico (ERLE). Além do sistema proposto já descrito, foram considerados para fins de comparação o uso de AEC linear convencional com quatro tipos de alto-falantes: AEC(IL), com um alto-falante ideal; AEC(NLIL) com um modelo não-linear polinomial sem memória, largamente empregado na literatura para verificar o efeito da não-linearidade do alto-falante na adaptação de algoritmos de AEC; AEC(NLML), com o modelo não-linear do alto-falante mencionado acima e, finalmente, AEC(LL), com o alto-falante linear dado pelo núcleo de primeira ordem do mesmo modelo. Também para fins de comparação, foi considerado o uso de AEC com pré filtragem linear com o modelo não-linear do alto-falante, LPAEC(NLML). Com a realização de simulações, pode-se observar um ganho considerável de ERLE alcançado pelo sistema proposto (NLPAEC) no caso do modelo de altofalante NLML. Portanto, a necessidade do uso do sistema proposto em casos de altas não-linearidades ficou evidenciada nessa primeira parte do presente trabalho. Ainda que o projeto do bloco não-linear no sistema proposto pressuponha, idealmente, o conhecimento das características do alto-falante, a questão da escolha da implementação exata deste bloco permanecia em aberto, pois existe um compromisso importante entre complexidade computacional e desempenho do sistema, que precisava ser investigado neste contexto particular. A obtenção da resposta à essa questão foi o objetivo da segunda parte do presente trabalho. A opção de implementação do bloco não-linear que resultaria na maior precisão na aproximação do alto-falante seria a utilização de recursos de integração numérica de equações diferenciais, mas a carga computacional desta implementação seria proibitiva para um sistema de cancelamento de eco prático. Assim, esse método de implementação do modelo não-linear foi empregado especificamente para a implementação do modelo físico do alto-falante a fim de se obter um cenário de simulação mais realista. Adicionalmente ao filtro de Volterra Convencional empregado inicialmente no sistema proposto na primeira parte deste trabalho, outras possibilidades de implementação são estruturas alternativas relacionadas com o filtro de Volterra, tais como os modelos de Volterra Esparso Interpolado e PARAFAC-Volterra, além de discretizações pelo método de Euler das equações de espaço de estados do modelo físico real e de um sistema bilinear descrito em espaço de estados. Com o objetivo de analisar o efeito do processo de adaptação no comportamento do sistema proposto foram realizadas simulações na condição de ausência de ruído, caso no qual o desempenho do cancelador é resultado apenas da ação do filtro adaptativo. Os resultados dessas simulações revelaram o fato de que o filtro adaptativo, mesmo que puramente linear, compensa pequenas imperfeições do modelo do alto-falante não-linear, tendo um papel fundamental no desempenho alcançado pelo cancelador de eco acústico não-linear proposto. Baseando-se nas análises das simulações do sistema de cancelamento de eco acústico não-linear, que se utiliza dessas estruturas não-lineares alternativas como bloco de pré-processamneto não-linear, determinou-se que o modelo PARAFACVolterra de 2a ordem é a melhor opção para implementação do bloco NLP, pois apresenta melhor compromisso entre desempenho do sistema proposto e carga computacional. Além disso, destaca-se o fato de que o filtro adaptativo, mesmo que puramente linear, compensa pequenas imperfeições do modelo do alto-falante não-linear, tendo um papel fundamental no desempenho alcançado pelo cancelador de eco acústico não-linear proposto. / In hands-free communication systems, acoustic echo originates from the speech signal that subsequently undergoes modification and delay due to reflection on the surfaces of the environment, and finally is picked up and returned to its sender causing disturbance in the conversation. Acoustic echo cancellers are essential in quality of communication in handsfree systems, due to the characteristic of depreciation of the clarity in the conversation introduced by the presence of the echo. In the present work we propose a pre-filtered acoustic echo cancellation system (PAEC), which employs a cascade nonlinear preprocessor (NLP) block with a linear adaptive filter, defining an AEC configuration with non-linear pre-filtering (NLPAEC). Initially, the NLP block consisted of a non-linear loudspeaker model with memory (NLML) based on a conventional Volterra filter with kernels calculated from of a physical model that was used in the modeling of a real speaker. Thus, the proposed NLPAEC(NLML) system would dispense the use of a nonlinear adaptive filter, with important reduction of complexity. We performed a study of the performance of linear adaptive algorithms considering linearity and non-linearity conditions, in order to prove the gain of the proposed system with respect to the conventional linear cancellation, as well as the superiority of the nonlinear model adopted in relation to the polynomial model adopted in the literature. The performance of the algorithms was analyzed according to the most used indicators in the literature to evaluate the performance of echo cancellers, such as: convergence time, which provides information on how fast the algorithm is adapted; and reduction of the acoustic echo level (ERLE). In addition to the proposed system already described, it was considered the use of conventional linear AEC with four types of loudspeakers: AEC(IL), with an ideal loudspeaker; AEC(NLIL) with a nonlinear model polynomial model without memory, widely used in the literature to verify the effect of the non-linearity of the loudspeaker in the adaptation of AEC algorithms; AEC(NLML), with the nonlinear loudspeaker model mentioned above and finally AEC(LL), with the linear loudspeaker given by the first-order kernel of the same model.. Also for purposes of comparison, it was considered the use of AEC with linear pre-filtering with the loudspeaker nonlinear model, LPAEC(NLML). With the realization of simulations, one can observe a considerable gain of ERLE reached by the proposed system (NLPAEC) in the case of the NLML loudspeaker model. Therefore, the need to use the proposed system in cases of high non-linearities was evidenced in this first part of the present work. Although the design of the NLP block in the proposed system ideally presupposes the knowledge of the characteristics of the loudspeaker, the question of choosing the exact implementation of this block remained open, since there is an important compromise between computational complexity and performance of the system, which needed to be investigated in this particular context. Obtaining the answer to this question was the objective of the second part of the present work. The option of NLP block implementation that would result in greatest precision in the loudspeaker model approximation would be the use of numerical integration features of differential equations, but the computational load of this implementation would be prohibitive for a practical echo cancellation system. Thus, this method of implementation of the nonlinear model was used specifically for the implementation of the physical model of the loudspeaker in order to obtain a more realistic simulation scenario. In addition to the conventional Volterra filter already used in the system proposed in the first part of this work, other possibilities of implementation are alternative structures related to the Volterra filter, such as the Sparse-Interpolated Volterra Filter and PARAFAC-Volterra models, besides discretizations by the Euler method of the state-space equations of the real physical model and a bilinear system described in space of states. In order to analyze the effect of the adaptation process on the behavior of the proposed system, simulations were performed in the no noise condition, in which case the performance of the canceller is only the result of the action of the adaptive filter. The results of these simulations have revealed the fact that the adaptive filter, even if purely linear, compensates the small imperfections of the loudspeaker nonlinear model, playing a key role in the performance achieved by the proposed non-linear acoustic echo canceller. Based on the simulations of the non-linear acoustic echo cancellation system, using these alternative nonlinear structures as NLP block, it was determined that the 2nd order PARAFAC-Volterra model is the best option for implementation of the NLP block, since it presents the best compromise between performance of the proposed system and computational load. In addition, the adaptive filter, even been purely linear, compensates small imperfections of the nonlinear loudspeaker model, playing a key role in the performance achieved by the proposed nonlinear acoustic echo canceller.

Nas últimas décadas, a poluição sonora tornou-se um grande problema para a sociedade. É por esta razão que a indústria tem aumentado seus esforços para reduzir a emissão de ruído. Para fazer isso, é importante localizar quais partes das fontes sonoras são as que emitem maior energia acústica. Conhecer os pontos de emissão é necessário para ter o controle das mesmas e assim poder reduzir o impacto acústico-ambiental. Técnicas como \"beamforming\" e \"Near-Field Acoustic Holography\" (NAH) permitem a obtenção de imagens acústicas. Essas imagens são obtidas usando um arranjo de microfones localizado a uma distância relativa de uma fonte emissora de ruído. Uma vez adquiridos os dados experimentais pode-se obter a localização e magnitude dos principais pontos de emissão de ruído. Do mesmo modo, ajudam a localizar fontes aeroacústicas e vibro acústicas porque são ferramentas de propósito geral. Usualmente, estes tipos de fontes trabalham em diferentes faixas de frequência de emissão. Recentemente, foi desenvolvida a transformada de Kronecker para arranjos de microfones, a qual fornece uma redução significativa do custo computacional quando aplicada a diversos métodos de reconstrução de imagens, desde que os microfones estejam distribuídos em um arranjo separável. Este trabalho de mestrado propõe realizar medições com sinais reais, usando diversos algoritmos desenvolvidos anteriormente em uma tese de doutorado, quanto à qualidade do resultado obtido e à complexidade computacional, e o desenvolvimento de alternativas para tratamento de dados quando alguns microfones do arranjo apresentarem defeito. Para reduzir o impacto de falhas em microfones e manter a condição de que o arranjo seja separável, foi desenvolvida uma alternativa para utilizar os algoritmos rápidos, eliminando-se apenas os microfones com defeito, de maneira que os resultados finais serão obtidos levando-se em conta todos os microfones do arranjo. / In recent decades, noise pollution has become a major problem for society. It is for this reason that the industry has increased its efforts to reduce the emission of noise. To do this, it is important to find out which parts of the sound sources are emitting greater acoustic energy. Knowing the emission points is required to keep track of them and thus be able to reduce acoustic and environmental impact. Techniques such as \"beamforming\" and \"Near-Field Acoustic Holography\" (NAH) allow obtaining acoustic images. These images are obtained using an array of microphones located at a relative distance from a noise source. Once acquired experimental data, one can obtain the location and the magnitude of the main points of noise emission. Similarly, we can find aeroacoustic and vibroacoustic sources, because they are general-purpose tools. Usually, these types of sources work in different frequency bands of the emission. Recently, a Kronecker Array Transform (KAT) was developed to microphone arrays, which provides a significant reduction in computational cost when applied to various image reconstruction methods, provided that the microphones are distributed in a separable array. This thesis proposes perform measurements with real signals using different algorithms previously developed in a dissertation about the quality of the obtained results and computational complexity, and the development of alternatives for data processing when some microphones of the array are defective. To reduce the impact of failures in microphones and maintain the condition that the array is separable, one alternative has been developed to use the fast algorithms by removing only the defective microphones, so that the final results will be obtained taking into account every microphone of the array.

A combinação de fontes biométricas não redundantes da multibiometria supera a precisão de cada fonte individual (monobiometria). Além do mais, dois problemas em biometria, ruído e ataques de usurpadores, podem ser minimizados pelo uso de múltiplos sensores e biometria multimodal. Entretanto, se as similaridades estão em todos traços biométricos, como em gêmeos monozigotos (MZ), o processamento de múltiplas fontes não melhora a performance. Para distinguir extrema similitude, influências epigenéticas e ambientais são mais importantes do que o DNA herdado. Esta tese examina a plasticidade fenotípica na assimetria humana como uma ferramenta para melhorar a multibiometria. A técnica de Processamento Bilateral (PB) é introduzida para analisar discordâncias em lados esquerdo e direito dos traços biométricos. PB foi testado com imagens de espectro visível e infravermelho usando Correlação Cruzada, Wavelets e Redes Neurais Artificiais. Os traços selecionados foram dentes, orelhas, íris, impressões digitais, narinas e bochechas. PB acústico também foi implementado para avaliação da assimetria vibracional durante sons vocálicos e comparado a um sistema reconhecedor de locutores com parametrização via MFCC (Mel Frequency Cepstral Coefficients) e classificado por Quantização Vetorial. Para o PB de imagens e acústico foram coletadas 20 amostras por traço biométrico durante um ano de nove irmãos masculinos adultos. Com propósito de teste, as biometrias esquerdas foram impostoras às biometrias direitas do mesmo indivíduo e vice-versa, o que levou a 18 entidades serem identificadas por traço biométrico. Resultados alcançaram identificação total em todas biometrias tratadas com PB, comparado a um máximo de 44% de identificação correta sem PB. Esta tese conclui que peculiaridades bilaterais melhoram a performance multibiométrica e podem complementar qualquer abordagem de reconhecimento. / Combination of non-redundant biometric sources in multibiometrics overcomes individual source accuracy (monobiometrics). Moreover, two problems in biometrics, noise and impostor attacks, can be minimized by the use of multi-sensor, multi-modal biometrics. However, if similarities are in all traits, as in monozygotic twins (MZ), multiple source processing does not improve performance. To distinguish extreme similitude, epigenetic and environmental influences are more important than DNA inherited. This thesis examines phenotypic plasticity in human asymmetry as a tool to ameliorate multibiometrics. Bilateral Processing (BP) technique is introduced to analyze discordances in left and right trait sides. BP was tested in visible and infrared spectrum images using Cross-Correlation, Wavelets and Artificial Neural Networks. Selected traits were teeth, ears, irises, fingerprints, nostrils and cheeks. Acoustic BP was also implemented for vibration asymmetry evaluation during voiced sounds and compared to a speaker recognition system parameterized via MFCC (Mel Frequency Cepstral Coefficients) and classified by Vector Quantization. Image and acoustic BP gathered 20 samples per biometric trait during one year from nine adult male brothers. For test purposes, left biometrics was impostor to right biometrics from the same individual and vice-versa, which led to 18 entities to be identified per trait. Results achieved total identification in all biometrics treated with BP, compared to maximum 44% of correct identification without BP. This study concludes that bilateral peculiarities improve multibiometric performance and can complement any recognition approach.

Esta tese apresenta um algoritmo capaz de detectar eventos que afetam a qualidade de energia e quantificar níveis de distorção harmônica utilizando poucos recursos de processamento. A carga de processamento reduzida é compatível com os processadores utilizados em medidores de faturamento monofásicos de baixo custo. Outros métodos de detecção, que exigem maior capacidade de processamento, podem comprometer o funcionamento destes medidores. O algoritmo proposto utiliza o sinal monofásico amostrado e gera sinais equivalentes a um sistema polifásico virtual capaz de detectar variações de tensão de curta duração e transitórios oscilatórios de baixa frequência. Distorções harmônicas presentes no sinal amostrado podem ser quantificadas em grupos, como múltiplos do número de fases virtuais criadas. São apresentados os algoritmos utilizados e os resultados obtidos com simulações para conversões A/D de 10 e 12 bits. O algoritmo foi testado com um processador de baixo custo com conversor A/D de 10 bits e seus resultados são comparados com as simulações. / This thesis presents an algorithm able to detect events that affect power quality and quantify levels of harmonic distortion using few memory and low processing resources. The reduced processing load is compatible with processors used in low-cost single-phase billing meters. Other detection methods, which require greater processing power, may compromise those meters operations. The proposed algorithm uses the phase sampled signal and generates a virtual equivalent polyphase system, capable of detecting voltage sags, swell and low frequency oscillatory transient signals. The harmonic distortion present in the sampled signal can be quantified in groups, related with the number of virtual phases created. The algorithms were simulated with 10 and 12 bits A/D and the results obtained are shown. A test meter, based on a low-cost processor with a 10 bits A/D converter, was programmed with this algorithm and its results are compared with simulations.

The strong relationship between cognitive processing and coherent behaviour and neurocognitive networks justifies the current huge interest in cortical functional connectivity modeling. This has fostered the development of connectivity estimators from the classical bivariate coherence concept to the notion of multivariate partial directed coherence (PDC) which provides information about temporal dependencies exposing cause and effect relationships. This work examines PDC performance for scalp EEG data whose research value has been subject to much debate in the light of the presence of volume conduction (VC) effects that often obscure the actual nature of cortical source dynamics. Through analytical considerations and simulations we show that even though (VC) can hinder accurate connectivity estimation, one can mitigate its effects by a judicious choice of scalp electrode configuration/ground reference. This observation allows settling the connectivity estimation adequacy debate in the presence of PDC. / A forte relação que processamento cognitivo e comportamento coerente tem com redes neurocognitivas justifica o enorme interesse atual em modelamento de conectividade cortical. Este fato tem justificado o desenvolvimento de estimadores de conectividade desde a clássica coerência bivariada até a noção multivariada de coerência parcial direcionada (PDC) que exibe informação a cerca de dependências temporais que permitem expor relações de causa e efeito. O presente trabalho examina o desempenho da PDC no contexto de EEG de escalpo cujo valor em pesquisa sob os efeitos de condução de volume (VC) tem sido objeto de uma quantidade substancial de questionamentos na medida em esta obscurece a observação da dinâmica das fontes corticais. Por meio de considerações analíticas e simulações, mostramos que é possível mitigar os erros de estimação devidos à VC através da escolha judiciosa da configuração de eletrodos e da referência de terra. Esta observação permite resolver o conflito acerca da adequabilidade da inferência cortical baseada em EEG de escalpo.

Nas últimas décadas, diversos sistemas de comunicação baseados em caos foram propostos. Dentre eles, vários utilizam uma função para codificar uma mensagem em um sinal caótico, que é caracterizado como um sinal de banda larga. Dado que o canal de transmissão é limitado em banda por natureza, é necessário determinar e controlar o espectro do sinal caótico transmitido por esse sistema. Nesse sentido, um sistema de comunicação em banda limitada, baseado em sincronismo caótico, foi proposto recentemente utilizando-se filtros digitais para controlar a largura de banda dos sinais transmitidos. Esses filtros, inseridos no sistema de comunicação, modificam o sistema original gerador do sinal caótico, tornando-se necessário analisar como essa inserção afeta o sincronismo caótico. Nessa tese, apresenta-se uma análise desse sistema de comunicação digital de tempo discreto, baseado em sincronismo caótico, considerando-se um canal com ruído aditivo branco gaussiano. As condições necessárias para a sincronização desse sistema são obtidas analiticamente, por meio de um teorema, para um mapa gerador de caos qualquer. O desempenho desse sistema é avaliado em termos da taxa de erro de bit, e, para melhorar seu desempenho, propõe-se filtrar o ruído fora da banda do sinal na entrada do receptor. Apesar das condições de sincronismo terem sido determinadas, a inserção dos filtros também pode modificar a natureza caótica dos sinais, e não há garantia que os sinais transmitidos sejam caóticos. Para analisar a natureza caótica dos sinais transmitidos pelo sistema de comunicação, o maior expoente de Lyapunov é obtido numericamente em função dos coeficientes dos filtros, dos parâmetros do mapa e da função de codificação da mensagem. / In recent decades, several chaos-based communication systems have been proposed. Many of them use a function to encode a message into a chaotic signal, which is characterized as wideband. Since every transmission channel is bandlimited in nature, it is necessary to determine and to control the spectrum of the chaotic signal transmitted by this system. This way, a bandlimited chaos-based communication system was recently proposed using digital filters and chaotic synchronization. These filters, inserted in the communication system, modify the original chaotic generator system, becoming necessary to study how their insertion affect chaotic synchronization. In this work, we present an analysis of this discrete-time chaos-based digital communication system considering an additive white Gaussian noise channel. The synchronization conditions of this system is analytically obtained, through a theorem, for a generic chaos generator map. The system performance is evaluated in terms of bit error rate, and, to obtain a performance improvement, it is also proposed to filter the out-of-band noise in the receiver. Although the conditions for chaotic synchronization have been determined, the filters insertion can also modify the chaotic nature of the signals, and there is no guarantee that the transmitted signals remain chaotic. To analyze the chaotic nature of the communication system transmitted signals, the largest Lyapunov exponent is numerically accessed as a function of the filters coefficients, the parameters of the map and the message coding function.

O estudo de plancton e importante para estimar a biodiversidade em ambientes marinhos, auxiliando na compreensao de sua dinamica e do impacto da atividade humana. Neste trabalho, estudamos as etapas necessarias para a observacao de organismos planctonicos utilizando um sistema holografico digital em linha. A holografia digital permite que as imagens sejam numericamente focalizadas apos sua aquisicao atraves de algoritmos de reconstrucao holografica, o que remove a limitacao da baixa profundidade de foco presente em metodos mais tradicionais, e permite a observacao de um volume maior de agua. E feita uma analise das limitacoes teoricas deste sistema holografico em termos das frequencias presentes no holograma e na sua reconstrucao, observando-se as consequencias para a escolha e implementacao dos algoritmos de reconstrucao. Tambem sao considerados alguns detalhes de implementacao que decorrem da natureza finita e discreta dos algoritmos. No processamento dos hologramas, os organismos sao automaticamente localizados segmentando-se regioes de interesse por meio de uma reconstrucao volumetrica. Estas regioes sao reconstruidas a diversas distancias e e feita a escolha de um plano focal utilizando uma medida de foco. Diversas medidas sao comparadas em imagens obtidas experimentalmente para determinar a mais adequada na focalizacao de organismos planctonicos. Por fim, descrevemos a aplicacao web desenvolvida para o processamento distribuido de imagens holograficas digitais de plancton. / The study of plankton is important for estimating biodiversity in marine environments, helping in the understanding of its dynamics and the impact of human activity. In this work, we study the necessary steps for the observation of planktonic organisms using an inline digital holographic system. Digital holography allows images to be numerically focused after its acquisition through holographic reconstruction algorithms, which removes the limitation of low depth of focus present in more traditional methods, and allows the observation of a bigger volume of water. We present an analysis of the theoretical limitations of this holographic system concerning the frequencies present in the hologram and its reconstruction, noting the consequences for the choice and implementation of reconstruction algorithms. Also considered are some implementation details that stem from the finite and discrete nature of the algorithms. In the processing of holograms, organisms are automatically located by segmenting regions of interest in a volumetric reconstruction. These regions are reconstructed at numerous distances and the choice of a focal plane is made using the values of a focus measure. Various measures are compared in experimentally obtained images to determine the most adequate for focusing planktonic organisms. Finally, we describe a web application developed for distributed processing of digital holographic images of plankton.

Apresentam-se nessa tese dois filtros de partículas aperfeiçoados para rastreamento automático de alvos balísticos a partir de medidas de radar convencional. O primeiro rastreador proposto é um filtro SIR que usa uma função de importância localmente otimizada e re-amostragem residual para combater o efeito de degeneração de partículas, e também incorpora um passo adicional de movimento MCMC para prevenir o empobrecimento de partículas. O segundo algoritmo proposto é um filtro de partículas auxiliar. Avaliou-se o desempenho dos algoritmos assumindo modelo de movimento com coeficiente balístico conhecido e modelo com coeficiente balístico aleatório. Os resultados das simulações mostram que, utilizando um número de partículas significativamente menor do que foi mencionado anteriormente na literatura, os erros quadráticos médios do filtro SIR otimizado e do filtro de partículas auxiliar aproximam-se da raiz quadrada do limite inferior ideal de Cramér-Rao. Nas mesmas condições de simulação, o filtro de partículas bootstrap convencional previamente proposto na literatura foi incapaz de seguir alvo na fase final do vôo balístico quando o alvo penetra nas camadas mais densas da atmosfera.