Submitted by EVERTON SIMÕES DA MOTTA (evmotta08@gmail.com) on 2017-01-05T13:08:55Z No. of bitstreams: 1 DissertacaoFinalCorrigida-v5.pdf: 7335404 bytes, checksum: fa4ba2ff69cd4d2dd72b1b5cb475111b (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2017-01-09T17:01:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 motta_es_me_rcla.pdf: 7335404 bytes, checksum: fa4ba2ff69cd4d2dd72b1b5cb475111b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-09T17:01:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 motta_es_me_rcla.pdf: 7335404 bytes, checksum: fa4ba2ff69cd4d2dd72b1b5cb475111b (MD5) Previous issue date: 2016-12-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Sistemas de captura de movimentos humanos vêm sendo cada dia mais estudados, tanto pela área de Visão Computacional, quanto por grandes empresas do setor de entretenimento. São sistemas capazes de rastrear a posição e orientação das articulações do corpo e sua trajetória no espaço durante um intervalo de tempo. São utilizados em diversas aplicações, tais como em jogos digitais, animação de personagens virtuais para cinema e televisão, reconhecimento gestual, medicina de reabilitação, e outras. O surgimento de novos dispositivos de baixo custo e boa resolução que fornecem informações de profundidade, tem motivado novas pesquisas para a utilização dos mesmos. No entanto, sistemas que se baseiam somente em informações de profundidade (geralmente sistemas em tempo real) não apresentam uma alta acurácia no rastreamento do movimento. Considerando este contexto, o presente trabalho teve como objetivo principal, o desenvolvimento de um método de captura de movimentos humanos utilizando único sensor RGB-D, combinando informações de textura da imagem e de profundidade, que são associados a um esqueleto virtual, conseguindo-se uma maior acurácia em comparação com os métodos baseados apenas em profundidade. Tal método não visa aplicações de tempo real, mas sim, uma maior acurácia em comparação com os métodos baseados apenas em profundidade. / Human motion capture systems are being increasingly studied, in the area of computer vision and also by major entertainment industries. These systems are able to track the position and orientation of joints of the body and its trajectory in space over a period of time. They are used in various applications such as digital games, animation of virtual characters for film and television, gesture recognition, medical rehabilitation, etc. The emergence of new low-cost and good resolution devices that provide depth information has prompted new research. However, systems that are based only on depth information (usually real-time systems) do not present a high accuracy in movement tracking. Considering this context, this thesis project presents the development of a method for capturing human movements using only one RGB-D sensor, combining captured texture from the image and depth information in order to obtain a higher accuracy, which are associated with a virtual skeleton. This method is not intended for real-time applications, but those that require greater accuracy, such as the animation of virtual characters in video and medical rehabilitation.

Retinógrafo é um complexo sistema óptico que, simultaneamente, ilumina e captura imagens da retina. Basicamente, esse equipamento é composto por três módulos: iluminação, lente objetiva e detecção. Em razão de seu sofisticado desenho óptico, é possível conciliar baixa refletividade da retina e obtenção de imagens de alta qualidade. Entretanto, em virtude do alto número de componentes não-coaxiais do módulo de iluminação, seu alinhamento óptico se torna complexo. Neste trabalho, é apresentado um sistema óptico totalmente coaxial para um retinógrafo nãomidriático. A óptica de iluminação tradicional é substituída por um anel de Surface Mounted Device (SMD) Light Emitting Diodes (LEDs) que, analogamente ao equipamento tradicional, forma um anel de luz no plano da pupila do olho, iluminando homogeneamente a retina e evitando reflexos gerados na córnea. Com essa substituição, os três módulos do equipamento se tornam coaxiais, facilitando o alinhamento final. Devido à inovação da arquitetura do retinógrafo, um novo método de eliminação de reflexos também foi introduzido, possibilitando ao equipamento fornecer imagens nítidas e de alta qualidade, suficientes para exames de triagem. Além da iluminação, os módulos da objetiva e de detecção foram substituídos por componentes comerciais, visando a simplificação do projeto de retinógrafo. Dessa forma, pretende-se reduzir o custo de comercialização do produto, de modo que clínicas no Brasil e em países em desenvolvimento possam ser equipadas e capazes de realizar diagnósticos de doenças do olho que causam perda parcial ou total da visão. / Fundus camera is a complex optical system that simultaneously illuminates and images the retina. It is basically divided into three modules: objective lens, illumination and detection. Because of its sophisticate optical design, it is possible to achieve high-quality images under low reflected light by the fundus. However, due to its high number of off-axis components, mainly in the illumination system, the optical alignment of the equipment can be complex. To simplify the architecture of the equipment, we report a completely coaxial optical system, with no off-axis components. The traditional illumination system is replaced by a ring of light emitting diodes of surface mounted device type. As in the previous design, the eye pupil is illuminated with a ring of light, producing a uniform pattern on the retina and avoiding reflection on the cornea. Due to this new design and the lack of optical components in the illumination system, a new method of avoiding reflection on the surfaces of the objective lens is presented. Besides, the objective lens and the detection system were composed of commercial components, also simplifying the equipment project and lowering its cost. The final goal of this work is to provide non-mydriatic high quality fundus images for screening with a low-cost equipment, enabling developing countries to increase the number of people examined.

O principal intento deste trabalho é demonstrar como a combinação de resultados de modelos radiométricos e de análises do limite de resolução de imagens produzem impactos positivos não apenas no projeto óptico de retinógrafos de alta resolução, mas que também geram ferramentas que auxiliam na definição da arquitetura de todo o equipamento, considerando, inclusive, os limites impostos por normas internacionais para a segurança do paciente em relação a radiação emitida na realização dos exames. Particularmente ao projeto óptico, foram desenvolvidos os sistemas de iluminação e imageamento da retina, onde se destacam duas propostas de metodologias: a primeira para a implementação da técnica de eliminação das bem conhecidas retro-reflexões geradas no conjunto óptico que é comum à iluminação e ao imageamento da retina, e a segunda para a obtenção de soluções efetivas em sistemas imageadores, que prima pela diminuição da sensibilidade dos componentes aos erros que são introduzidos pelos processos de fabricação e montagem. Analisando os resultados obtidos com o protótipo, foram validados os sistemas e modelos propostos, que se tornaram parte integrante de um produto oftalmológico aprovado para a comercialização, o retinógrafo Kiron. / The fundamental objective of this work is to demonstrate how radiometric models and analysis of the limit of resolution can provide not only positive impacts to the optical project of high resolution fundus cameras, but also creates tools to perform an optimization of all the equipment, considering the limits imposed by international standards to ensure security to the patient regarding the equipment radiation emission. In the optical project in particular, the imaging and illuminating systems of the retina were developed, in which stands out two proposed methodologies: first, to eliminate the well known retro-reflections in the common optical assembly of the imaging and illuminating systems, and a second one that helps the optical designer to find effective solutions in imaging systems, focused in the reduction of the component sensitivity to the fabrication and assembly processes errors. Analyzing the results from the prototypes the systems and the models proposed were validated, becoming integrant part of an ophthalmic product approved for commercialization, the Kiron fundus camera.

O propósito deste trabalho tem sido a utilização das técnicas de Desenho Óptico para o desenvolvimento de sistemas ópticos altamente otimizados. Após a confeccção destes sistemas ópticos torna-se necessário avaliar o desempenho do sistema construído, para isto tem sido utilizado uma das técnicas mais modernas para avaliação de qualidade da imagem óptica, a função de transferência óptica FTO, mais especificamente a função de transferência de modulação FTM. FTM representa o módulo da função complexa FTO e está associada à medida direta e quantitativa da qualidade de imagem, descrevendo a estrutura da imagem como uma função da freqüência espacial. Estas duas técnicas são as ferramentas fundamentais para os desenhistas ópticos. Instrumentos oftálmicos como o microscópio cirúrgico, sistema óptico para adaptação de uma câmera CCD e a lâmpada de fenda são desenvolvidos e analisados por estas técnicas neste trabalho. / The purpose of this work has been the use of design optical techniques to development of highly optimized optical systems. After the fabrication of these systems, it is necessary to evaluate the performance of building systems. A modern technique used to evaluate the quality of optical image is the optical transfer function OTF, more exactly the modulation transfer function MTF. MTF is the modulus of the complex function OTF. MTF is associated the direct and quantitative measure of the image quality and it describes the image structure as a function of spatial frequency. This bides techniques are the tools of optical designers. Ophthalmic instruments like surgery microscope, optical system of CCD camera adaptation and slit lamps are developed and analyzed for this techniques in this work.

A necessidade de transmissão de canais modulados a taxas a partir de 400 Gb/s tem motivado a pesquisa e os esforços relativos às tecnologias de camada física habilitadores desta alta capacidade. A atenção se volta, principalmente, aos frontends (transmissores e receptores), aliados aos processadores digitais de sinal (Digital Signal Processors, DSPs), às técnicas de amplificação óptica e a novos tipos de fibra óptica. Em particular a técnica baseada no emprego de filtros de Nyquist combinados à multiplexação de comprimentos de onda (Wavelength Division Multiplexing, DWM), conhecida como Nyquist-WDM, ou N-WDM, tem atraído grande interesse para geração de supercanais ópticos, hoje um dos elementos chave nos sistemas de redes ópticas. O estudo dos fundamentos e casos particulares dos filtros de Nyquist são aprofundados nesta dissertação para o controle de seus parâmetros, em especial o parâmetro conhecido como fator de roll-off, em aplicações que requerem flexibilidade na ocupação espectral e até o reaproveitamento das limitações do filtro para atenuar alguns efeitos lineares e não lineares na fibra. A técnica utiliza um tipo de formatação geométrica de pulso e é limitada pelo ajuste grosso do fator de roll-off, mas como abordagem inicial, permite estabelecer uma série de compromissos na concepção do circuito eletrônico de um transponder sintonizável. Uma investigação teórica foi feita em um sistema PM-16QAM de 21x256 Gb/s, a partir de dados experimentais obtidos com roll-off igual 0,1, para análise do efeito no desempenho sistêmico do ajuste do excesso de largura de banda (em relação à banda de Nyquist) de um filtro formatador de pulso. O fator de roll-off foi ajustado e seu impacto no desempenho do sistema, em termos de alcance, foi verificado. A partir dos resultados, foi observado que, desde que a taxa de erro de bit, BER, esteja dentro do limite do código corretor de erro (forward error corrector, FEC), o valor de roll-off pode ser ajustado para um valor ótimo de acordo com a configuração do sistema e as metas requeridas. Uma vez encontrada a relação entre a BER e o fator de roll-off, foi possível determinar um fator de mérito que relaciona a resolução do filtro de Nyquist, em função do número de taps que ele emprega, o consumo de energia da DSP e, consequentemente, a BER. O compromisso assim estabelecido entre o desempenho sistêmico, o consumo de energia e o fator de roll-off representa a principal contribuição desta dissertação. / The need for transmission of channels modulated at rates greater than 400 Gb/s has motivated the research and efforts related to the physical layer technologies that will enable this high capacity. The attention turns mainly to the frontends (transmitters and receivers), allied to digital signal processors (DSPs), optical amplification techniques and new types of optical fiber. The technique based on the use of Nyquist filters combined withWavelength Division Multiplexing (WDM), known as Nyquist-WDM, or N-WDM, has attracted great interest for the generation of optical super-channels, today one of the key elements in optical network systems. The study of the fundamentals and particular cases of the Nyquist filters are detailed in this dissertation for mastering the control of the parameters, especially the parameter known as roll-off factor, for applications that require flexibility in the spectral occupation and even the reutilization of the limitations of the filter to attenuate some linear and non-linear effects on the fiber. The technique uses a geometric type of pulse-shaping, and is limited by the roll-off factor tunning, but as an initial approach, it allows to establish a series of compensations in the design of the electronic circuit of a tunable transponder. A theoretical investigation was made on a 21x256 Gb/s PM-16QAM system, taken as reference the experimental data obtained with roll-off equal to 0.1, to analyze the effects of adjusting the excess bandwidth (relative to the Nyquist band) of a pulse-shaping filter. The roll-off factor was tunned and its impact on the system performance in terms of range effects was verified. From the results, it was observed that, as long as the bit error ratio, BER, is within the FEC limit, the roll-off parameter can be set to an optimum value according to the system configuration and required targets. Once the relationship between the BER and the roll-off factor was found, it was possible to determine a merit factor that relates the resolution of the Nyquist filter, as a function of the number of taps it uses, the energy consumption of the DSP and, consequently, the BER. The compromise thus established between system performance, energy consumption and roll off represents the main contribution of this work.

O propósito deste trabalho tem sido a utilização das técnicas de Desenho Óptico para o desenvolvimento de sistemas ópticos altamente otimizados. Após a confeccção destes sistemas ópticos torna-se necessário avaliar o desempenho do sistema construído, para isto tem sido utilizado uma das técnicas mais modernas para avaliação de qualidade da imagem óptica, a função de transferência óptica FTO, mais especificamente a função de transferência de modulação FTM. FTM representa o módulo da função complexa FTO e está associada à medida direta e quantitativa da qualidade de imagem, descrevendo a estrutura da imagem como uma função da freqüência espacial. Estas duas técnicas são as ferramentas fundamentais para os desenhistas ópticos. Instrumentos oftálmicos como o microscópio cirúrgico, sistema óptico para adaptação de uma câmera CCD e a lâmpada de fenda são desenvolvidos e analisados por estas técnicas neste trabalho. / The purpose of this work has been the use of design optical techniques to development of highly optimized optical systems. After the fabrication of these systems, it is necessary to evaluate the performance of building systems. A modern technique used to evaluate the quality of optical image is the optical transfer function OTF, more exactly the modulation transfer function MTF. MTF is the modulus of the complex function OTF. MTF is associated the direct and quantitative measure of the image quality and it describes the image structure as a function of spatial frequency. This bides techniques are the tools of optical designers. Ophthalmic instruments like surgery microscope, optical system of CCD camera adaptation and slit lamps are developed and analyzed for this techniques in this work.

A necessidade de transmissão de canais modulados a taxas a partir de 400 Gb/s tem motivado a pesquisa e os esforços relativos às tecnologias de camada física habilitadores desta alta capacidade. A atenção se volta, principalmente, aos frontends (transmissores e receptores), aliados aos processadores digitais de sinal (Digital Signal Processors, DSPs), às técnicas de amplificação óptica e a novos tipos de fibra óptica. Em particular a técnica baseada no emprego de filtros de Nyquist combinados à multiplexação de comprimentos de onda (Wavelength Division Multiplexing, DWM), conhecida como Nyquist-WDM, ou N-WDM, tem atraído grande interesse para geração de supercanais ópticos, hoje um dos elementos chave nos sistemas de redes ópticas. O estudo dos fundamentos e casos particulares dos filtros de Nyquist são aprofundados nesta dissertação para o controle de seus parâmetros, em especial o parâmetro conhecido como fator de roll-off, em aplicações que requerem flexibilidade na ocupação espectral e até o reaproveitamento das limitações do filtro para atenuar alguns efeitos lineares e não lineares na fibra. A técnica utiliza um tipo de formatação geométrica de pulso e é limitada pelo ajuste grosso do fator de roll-off, mas como abordagem inicial, permite estabelecer uma série de compromissos na concepção do circuito eletrônico de um transponder sintonizável. Uma investigação teórica foi feita em um sistema PM-16QAM de 21x256 Gb/s, a partir de dados experimentais obtidos com roll-off igual 0,1, para análise do efeito no desempenho sistêmico do ajuste do excesso de largura de banda (em relação à banda de Nyquist) de um filtro formatador de pulso. O fator de roll-off foi ajustado e seu impacto no desempenho do sistema, em termos de alcance, foi verificado. A partir dos resultados, foi observado que, desde que a taxa de erro de bit, BER, esteja dentro do limite do código corretor de erro (forward error corrector, FEC), o valor de roll-off pode ser ajustado para um valor ótimo de acordo com a configuração do sistema e as metas requeridas. Uma vez encontrada a relação entre a BER e o fator de roll-off, foi possível determinar um fator de mérito que relaciona a resolução do filtro de Nyquist, em função do número de taps que ele emprega, o consumo de energia da DSP e, consequentemente, a BER. O compromisso assim estabelecido entre o desempenho sistêmico, o consumo de energia e o fator de roll-off representa a principal contribuição desta dissertação. / The need for transmission of channels modulated at rates greater than 400 Gb/s has motivated the research and efforts related to the physical layer technologies that will enable this high capacity. The attention turns mainly to the frontends (transmitters and receivers), allied to digital signal processors (DSPs), optical amplification techniques and new types of optical fiber. The technique based on the use of Nyquist filters combined withWavelength Division Multiplexing (WDM), known as Nyquist-WDM, or N-WDM, has attracted great interest for the generation of optical super-channels, today one of the key elements in optical network systems. The study of the fundamentals and particular cases of the Nyquist filters are detailed in this dissertation for mastering the control of the parameters, especially the parameter known as roll-off factor, for applications that require flexibility in the spectral occupation and even the reutilization of the limitations of the filter to attenuate some linear and non-linear effects on the fiber. The technique uses a geometric type of pulse-shaping, and is limited by the roll-off factor tunning, but as an initial approach, it allows to establish a series of compensations in the design of the electronic circuit of a tunable transponder. A theoretical investigation was made on a 21x256 Gb/s PM-16QAM system, taken as reference the experimental data obtained with roll-off equal to 0.1, to analyze the effects of adjusting the excess bandwidth (relative to the Nyquist band) of a pulse-shaping filter. The roll-off factor was tunned and its impact on the system performance in terms of range effects was verified. From the results, it was observed that, as long as the bit error ratio, BER, is within the FEC limit, the roll-off parameter can be set to an optimum value according to the system configuration and required targets. Once the relationship between the BER and the roll-off factor was found, it was possible to determine a merit factor that relates the resolution of the Nyquist filter, as a function of the number of taps it uses, the energy consumption of the DSP and, consequently, the BER. The compromise thus established between system performance, energy consumption and roll off represents the main contribution of this work.