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Detecção e segmentação automática de batimentos cardíacos do eletrocardiograma por modelagem matemática e combinação das transformadas Wavelet e de Hilbert / Automatic detection and segmentation of heartbeats in ECG signals based on a mathematical model and the combination of wavelet and Hilbert transforms

Madeiro, João Paulo do Vale 17 May 2013 (has links)
MADEIRO, J. P. V. Detecção e segmentação automática de batimentos cardíacos do eletrocardiograma por modelagem matemática e combinação das transformadas Wavelet e de Hilbert. 2013. 130 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2013-08-20T14:49:37Z No. of bitstreams: 1 2013_tese_jpvmadeiro.pdf: 13133519 bytes, checksum: c99737b92e3dcc3bab14e2da30c002df (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2013-08-20T14:50:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_tese_jpvmadeiro.pdf: 13133519 bytes, checksum: c99737b92e3dcc3bab14e2da30c002df (MD5) / Made available in DSpace on 2013-08-20T14:50:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_tese_jpvmadeiro.pdf: 13133519 bytes, checksum: c99737b92e3dcc3bab14e2da30c002df (MD5) Previous issue date: 2013-05-17 / A utomatic diagnostic aid systems aim the extraction of speci c parameters in order to support the analysis of a patient's physiological conditions possibly using computing algorithms. In the context of cardiology, such systems are particularly important when applied over long-term ECG signals, for example the 24-h holter examinations. The digital signal processing techniques for ECG waves segmentation and automatic feature extraction, which are proposed in this thesis, cover various research elds. Firstly, the proposed system performs QRS complex detection and segmentation, which is related to ventricular depolarization. The used methodology combines the adaptive threshold technique, Hilbert and Wavelet transforms and the rst-derivative lter with a new approach of preprocessing suppression over the whole ECG signal and selection of Wavelet scale factor for a given predominant QRS morphology. As output information we obtain the RR time-series (tachogram), the time-series of QRS complex durations and amplitudes. In the second stage, the developed system performs T-wave detection and segmentation, whose waveform is related to ventricular repolarization activity. It is proposed a new mathematical model concerning the possible T-wave morphologies based on a Gaussian function, modi ed by a mathematical procedure to insert asymmetry. Once the template is computed, cross-correlation and an approach based on the computation of Trapezium's area are used to locate, respectively, the peak, or the peaks for biphasic waves, and end point of each T-wave throughout the whole raw ECG signal. Among the metrics derived from the detected ducial points, we emphasize the QT intervals, which are the time intervals between the QRS onset and the T-wave end. After the segmentation of the ECG waves, we perform two important case studies using the ducial points and segments detected in the previous stages: ventricular activity subtraction in intracardiac atrial brillation electrogram and heart hate variability (HRV) analysis for a set of elderly patients which were selected in the Geriatric Outpatient Clinic of the Walter Cantidio University Hospital. After evaluating the overall methodology of QRS detection and segmentation over various manually annotated databases, inclusive the public MIT-BIH Arrhythmia database and QT database, we have obtained the following detection rates and delineation time errors: sensitivity of 99.51%, positive predictivity of 99.44%, QRS onset time error of 2.85 9.90 ms and QRS o set time error of 2.83 12.26 ms. Regarding T-wave detection and delineation, the proposed method has attained sensitivity of 99.48%, positive predictivity of 99.53%, and average time errors of 0.51 8.06 ms, for T-wave peak location, and 0.11 11.73 ms, for T-wave end location. Regarding the rst case study concerning the use of the ducial points detected from the segmented QRS complexes and T-waves over intracardiac atrial brillation electrogram, the method of ventricular activity subtraction has attained a signi cant attenuation for frequencies above 10 Hz, and also for components of frequency range around 3 Hz to 6 Hz, respectively due to ventricular depolarization and repolarization subtraction. For the second application, the analysis of the evolution of heart rate variability metrics in frequency domain associated to sympathetic branch activity allows recognizing speci c tendencies regarding aspects of proper functioning/dysautonomia of the autonomic nervous system for each predetermined elderly class according to the concepts of frailty phenotype: frail, pre-frail and robust ones. The overall results suggest that the set of methodologies developed for ECG waves segmentation provides high rates of accurate and robust detections for a wide variety of morphologies, such that they can be applied in various situations for aid to diagnosis. Given the set of possible metrics and time-series which can be extracted from the ECG signals, after their segmentation, the referred methods can support projects of clinical research and development of markers/indicators of adverse cardiovascular events. / Sistemas automáticos de auxílio ao diagnóstico visam à extração de métricas específicas, podendo ser por algoritmos computacionais, de forma a subsidiar a análise por parte do especialista de condições orgânicas e fisiológicas do paciente. No contexto da cardiologia, referidos sistemas são particularmente importantes quando aplicados no processamento de sinais de longa duração, como o eletrocardiograma (ECG) de 24 horas. As técnicas para segmentação e extração automática de parâmetros do sinal ECG propostas nesta tese abrangem diversos campos de pesquisa. Inicialmente, o sistema realiza a detecção e a segmentação do complexo QRS, relacionado à despolarização ventricular. Como metodologia, utiliza-se a combinação das técnicas do limiar adaptativo, das transformadas de Hilbert e Wavelet e do filtro derivativo com uma nova abordagem de redução de pré-processamento e de seleção do fator de escala da Wavelet. Ao final desta etapa, obtêm-se a série de intervalos RR, a série de durações de cada complexo QRS e de suas amplitudes. No segundo momento, tem-se a detecção e a segmentação da onda T, relacionada à repolarização ventricular. Propõe-se um novo modelo matemático do comportamento morfológico da onda T baseado na função Gaussiana, modificada por um procedimento matemático de inserção de assimetria. Uma vez obtidos os parâmetros de modelagem para uma dada morfologia predominante de onda T, a função de correlação cruzada é utilizada para a detecção do pico e uma técnica baseada no cálculo da área de trapézios é utilizada para a localização do final da forma de onda. Dentre as métricas derivadas das informações extraídas, destaca-se a série de intervalos QT, segmento que vai do início de cada complexo QRS ao final de cada onda T. Finalizado o processo de segmentação, dois estudos de caso são realizados: subtração da atividade ventricular em sinais eletrogramas atriais de pacientes com fibrilação atrial (FA) e análise de séries de variabilidade da frequência cardíaca (VFC) de um conjunto de pacientes idosos selecionados pelo Ambulatório de Geriatria do Hospital Universitário Wálter Cantídio. A partir de experimentos de validação em bases de dados diversas com anotações manuais dos batimentos, obtêm-se as seguintes taxas de detecção e erros de delineamento para o complexo QRS: sensibilidade de 99,51%, preditividade positiva de 99,44%, erro médio de início (QRS onset) de 2,85 ± 9,90 ms e erro médio de final (QRS offset) de 2,83 ± 12,26 ms. Com relação à detecção e segmentação da onda T, obtêm-se os seguintes resultados: sensibilidade de 99,48%, preditividade positiva de 99,53%, erro médio de localização de pico de 0,51 ± 8,06 ms e erro médio de localização de final da forma de onda de 0,11 ± 11,73 ms. Quanto ao primeiro estudo de caso de uso dos pontos fiduciais detectados, a potência média dos sinais eletrogramas atriais, após a subtração da atividade ventricular, é significativamente reduzida para frequências acima de 10 Hz, predominantemente associadas ao complexo QRS, bem como para frequências na faixa de 3 a 5 Hz, relacionadas à atividade elétrica de repolarização ventricular. Para o segundo estudo, a análise do comportamento de métricas no domínio da frequência associadas à atividade do sistema nervoso simpático permite o reconhecimento de tendências próprias e características, no que tange a aspectos de funcionamento/disautonomia do sistema nervoso autonômico, de cada classe pré-determinada de idosos segundo os conceitos de fenótipo de fragilidade: idosos frágeis, pré-frágeis e robustos. Os resultados obtidos sugerem que o conjunto de metodologias desenvolvidas para a segmentação do sinal ECG apresenta altas taxas de precisão, repetibilidade e robustez a uma ampla gama de morfologias, podendo ser aplicado em diversos contextos de auxílio ao diagnóstico. Dadas as métricas e séries temporais que podem ser extraídas, os referidos métodos também podem dar suporte a processos de investigação clínica e desenvolvimento de marcadores/indicadores de eventos cardiovasculares adversos.
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Novos métodos de análise de texturas baseados em modelos gravitacionais simplificados e caminhos mais curtos em grafos

Sá Junior, Jarbas Joaci de Mesquita 26 April 2013 (has links)
SÁ JUNIOR, J. J. M. Novos métodos de análise de texturas baseados em modelos gravitacionais simplificados e caminhos mais curtos em grafos. 2013. 139 f. Tese (Doutorado em Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2013-10-31T16:51:39Z No. of bitstreams: 1 2013_tese_jjmsajunior.pdf: 15613252 bytes, checksum: 01ebc0372cb7f76a5403ee2349c81cae (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2013-10-31T16:56:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_tese_jjmsajunior.pdf: 15613252 bytes, checksum: 01ebc0372cb7f76a5403ee2349c81cae (MD5) / Made available in DSpace on 2013-10-31T16:56:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_tese_jjmsajunior.pdf: 15613252 bytes, checksum: 01ebc0372cb7f76a5403ee2349c81cae (MD5) Previous issue date: 2013-04-26 / Image analysis is an important field of computer vision whose role is to extract significant information from images. Among several relevant attributes, texture is one of the most important because it is a rich source of information. This thesis aims to develop novel texture analysis methods (for grayscale and color images) based on "simplified gravitational systems" and "shortest paths in graphs" which provide feature vectors more discriminative than the methods already established in literature. The first approach converts an image into a simplified gravitational system whose collapse process is explored by using fractal dimension and lacunarity descriptors. The second approach converte the pixels of an image into vertices of a non-oriented weighted graph and explores the shortest paths between pairs of vertices in different scales and orientations. Additionally, this thesis proposes to apply these approaches to plant leaf identification (a relevant problem for botanists), and medical image identification/classification, increasing the confidence of medical diagnosis. The experiments are perfomed on the followiing image databases: Brodatz, UIUC, VisTex, USPTex, Outex, leaf textures, palisade parenchyma, pap-smear and breast tissues. the most significant comparison results are obtained from UIUC, USP-Tex and palisade parenchyma, with success rates of 55,00%, 96,57% and 91,56% (lower success rates) obtained by the proposed methods, respectively. These success rates are almost always superior to the results obtained by the methods used for comparison. This demonstrates that the proposed methods open promising sources of research in grayscale and color texture analysis. / Análise de imagens é um importante campo da visão computacional cujo propósito é extrair informações significativas de imagens. Entre os vários atributos relevantes que podem ser analisados, a textura é um dos mais importantes por ser uma fonte rica de informações. O objetivo desta tese é desenvolver novos métodos de análise de textura ( níveis de cinza e coloridas) baseados em "modelos gravitacionais simplificados" e "caminhos mais curtos em grafos", que propiciem vetores de características mais discriminativos do que os métodos já estabelecidos pela literatura. A primeira abordagem converte uma imagem em um sistema gravitacional simplificado cujo processo de colapso é explorado por meio de descritores de dimensão fractal e lacunaridade. A segunda abordagem converte os pixels de uma imagem em vértices de um grafo ponderado não-orientado e explora os caminhso mais curtos entre pares de vértices em diferentes escalas e orientações. Adicionalmente, nesta tese é proposto o estudo dessas abordagens na análise de imagens de folhas de plantas para facilitar o moroso processo de taxonomia vegetal (problema este especialmente relavante para os botânicos) e de imagens médicas para identificação/classificação de patologias, auxiliando o diagnóstico médico. Os experimentos são realizados na base de imagens: Brodatz, UIUC, VisTex, USPTex, Outex, texturas foliares, parênquima paliçádico, pap-smear e de tecido mamário. Os resultados mais significativos de classificação são obtidos das bases UIUC, USPTex e parênquima paliçádico, com taxas de acertos de 55,00%, 96,57% e 91,56% (menores taxas) obtidas pelos métodos propostos, respectivamente. Essas taxas de acertos são quase sempre superiores aos resultados obtidos pelos métodos usados para comparação, demonstrando que os métodos propostos abrem promissoras fontes de pesquisa para os estudos de análise de texturas em níveis de cinza e coloridas.
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Emprego de técnicas de pré-processamento textual e algoritmos de comparação como suporte à correção de questões dissertativas: experimentos, análises e contribuições / Employing texts preprocessing techniques and string-matching algorithms to support correction of essay questions: experiments, analyzes and contributions

Ávila, Ricardo Lima Feitosa de 23 August 2013 (has links)
ÁVILA, R. L. F. Emprego de técnicas de pré-processamento textual e algoritmos de comparação como suporte à correção de questões dissertativas: experimentos, análises e contribuições. 2013. 150 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2014-01-03T13:42:42Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_rlfavila.pdf: 2826073 bytes, checksum: c58e537d75e1dffcbe4a0a4cd829ef97 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2014-01-09T16:42:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_rlfavila.pdf: 2826073 bytes, checksum: c58e537d75e1dffcbe4a0a4cd829ef97 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-01-09T16:42:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_rlfavila.pdf: 2826073 bytes, checksum: c58e537d75e1dffcbe4a0a4cd829ef97 (MD5) Previous issue date: 2013-08-23 / This master thesis presents a study of techniques used as support for a correction of essay questions based in an adaptation of string-matching algorithms combined with text preprocessing techniques. The main challenge to design a tool like this is an ambiguity of natural language. To analyze a correction of subjective questions, tests were performed with these algorithms, and a tool have been developed for this purpose. Comparing student responses with response pattern of questions proposed in subjective tests, we analyzed the performance of individual algorithms and a set of pre-processing techniques that are found in the literature, in isolation and combined. Seeking to neutralize specific situations of false negative and false positive, some techniques have been proposed as auxiliary contribution of this work. After analyzing the experiments, the results of similarity index between responses indicate the use of the solution to support the correction of essay questions, and may also be applied in the detection of plagiarism and be integrated to a learning management system. / Esta dissertação apresenta um estudo de técnicas que podem ser empregadas como apoio para a correção de questões dissertativas com base na adaptação de algoritmos de comparação textual combinados a técnicas de pré-processamento de textos. O principal desafio na concepção de uma ferramenta para este tipo de aplicação é a ambiguidade da linguagem natural. Para analisar situações de correção de questões subjetivas, foram efetuados testes com esses algoritmos, tendo-se desenvolvido uma ferramenta para tal propósito. Confrontando respostas de alunos ao padrão de resposta de questões propostas em provas subjetivas, foram analisados o desempenho individual dos algoritmos e de um conjunto de técnicas de pré-processamento que são encontrados na literatura, de maneira isolada e combinada. Buscando contornar situações específicas de falso negativo e falso positivo, foram propostas algumas técnicas auxiliares como contribuição deste trabalho. Após a análise dos experimentos realizados, os resultados de índice de similaridade entre respostas indicam o uso da solução como suporte a correção de questões discursivas, podendo, ainda, ser aplicado na detecção de plágio e ser integrado a um ambiente virtual de ensino e aprendizagem.
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Uma estratégia de gerenciamento de infraestrutura de datacenters baseada em técnicas de monitoramento distribuído e controle centralizado / A datacenter infrastructure management strategy based on distributed monitoring and centralized control

Sá, Thiago Teixeira 29 August 2013 (has links)
SÁ, T. T. Uma estratégia de gerenciamento de infraestrutura de datacenters baseada em técnicas de monitoramento distribuído e controle centralizado. 2013. 72 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2014-01-03T16:45:30Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_ttsá.pdf: 4895455 bytes, checksum: 4f37291487b600f9724d1b9bd62cb543 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2014-01-07T18:23:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_ttsá.pdf: 4895455 bytes, checksum: 4f37291487b600f9724d1b9bd62cb543 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-01-07T18:23:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_ttsá.pdf: 4895455 bytes, checksum: 4f37291487b600f9724d1b9bd62cb543 (MD5) Previous issue date: 2013-08-29 / Cloud Computing emerges as a paradigm of computing resources utilization where hardware infrastructure, software and development platforms for new applications are provided as services available worldwide. Such services are o ered using large scale datacenters where virtualization technologies are frequently used so that a multitenancy-enabled architecture can b e deployed. In this context, the e cient management of the datacenter infrastructure can lead to signi cant reduction of its op erational costs. This work presents a management strategy for virtualized datacenters infrastructures that applies b oth distributed monitoring techniques and centralized control actions. Such strategy aims to attenuate overloading problems observed in traditional management mo dels based on a controller that is responsible for monitoring and controlling the infrastructure. Thus, it intends to increase the datacenter's scalability and improve its p owere ciency without compromising the Quality of Service o ered to the end user. The strategy's p erformance evaluation is made through multiple simulation experiments which use tools aimed speci cally at mo deling cloud infrastructures with support to power consumption representation / A Computação em Nuvem desponta como um paradigma de utilização de recursos computacionais segundo o qual infraestrutura de hardware, software e plataformas para o desenvolvimento de novas aplicações são oferecidas como serviços disponíveis em escala global. Tais serviços são disponibilizados por meio de datacenters de larga escala onde é recorrente o emprego de tecnologias de virtualização para o uso compartilhado de recursos. Neste contexto, a gerência eficiente da infraestrutura do datacenter pode levar a reduções significativas de seus custos de operação. Este trabalho apresenta uma estratégia de gerenciamento de infraestrutura de datacenters virtualizados que aplica técnicas de monitoramento distribuído combinadas a ações centralizadas de controle. Tal estratégia busca diminuir os efeitos de sobrecarga observados em modelos tradicionais de gerência baseados em um nó controlador que acumula responsabilidades de controle e monitoramento. Por conseguinte, busca-se elevar o poder de escalabilidade da infraestrutura e melhorar sua eficiência energética sem comprometer a Qualidade de Serviço (QoS) oferecida ao usuário final. A análise de desempenho da estratégia proposta é realizada através de múltiplos experimentos de simulação realizados com ferramentas voltadas especificamente para a modelagem de nuvens computacionais e com suporte à representação do consumo energético da infraestrutura simulada.
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Detecção de cantos em formas binárias planares e aplicação em recuperação de formas / Corner Detection in Planar Binary Shapes and its application in Shape Retrieval

Paula Júnior, Iális Cavalcante de 06 June 2013 (has links)
PAULA JÚNIOR, I. C. Detecção de cantos em formas binárias planares e aplicação em recuperação de formas. 2013. 70 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2014-04-02T12:30:40Z No. of bitstreams: 1 2013_tese_icpaulajunior.pdf: 1612788 bytes, checksum: c990093693b47d41a5d73682aea1e0b0 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2014-04-02T18:58:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_tese_icpaulajunior.pdf: 1612788 bytes, checksum: c990093693b47d41a5d73682aea1e0b0 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-04-02T18:58:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_tese_icpaulajunior.pdf: 1612788 bytes, checksum: c990093693b47d41a5d73682aea1e0b0 (MD5) Previous issue date: 2013-06-06 / Content-based image retrieval (CBIR) applied to large scale datasets is a relevant and challenging problem present in medicine, biology, computer science, general cataloging etc. Image indexing can be done using visual information such as colors, textures and shapes (the visual translation of objects in a scene). Automated tasks in industrial inspection, trademark registration, biostatistics and image description use shape attributes, e.g. corners, to generate descriptors for representation, analysis and recognition; allowing those descriptors to be used in image retrieval systems. This thesis explores the problem of extracting information from binary planar shapes from corners, by proposing a multiscale corner detector and its use in a CBIR system. The proposed corner detection method combines an angulation function of the shape contour, its non-decimated decomposition using the Mexican hat wavelet and the spatial correlation among scales of the decomposed angulation signal. Using the information provided by our corner detection algorithm, we made experiments with the proposed CBIR. Local and global information extracted from the corners detected on shapes was used in a Dynamic Space Warping technique in order to analyze the similarity among shapes of different sizes. We also devised a strategy for searching and refining the multiscale parameters of the corner detector by maximizing an objective function. For performance evaluation of the proposed methodology and other techniques, we employed the Precision and Recall measures. These measures proved the good performance of our method in detecting true corners on shapes from a public image dataset with ground truth information. To assess the image retrieval experiments, we used the Bull’s eye score in three public databases. Our experiments showed our method performed well when compared to the existing approaches in the literature. / Sistemas de recuperação de imagens baseada em conteúdo (do termo em inglês, Content-Based Image Retrieval - CBIR) que operam em bases com grande volume de dados constituem um problema relevante e desafiador em diferentes áreas do conhecimento, a saber, medicina, biologia, computação, catalogação em geral, etc. A indexação das imagens nestas bases pode ser realizada através de conteúdo visual como cor, textura e forma, sendo esta última característica a tradução visual dos objetos em uma cena. Tarefas automatizadas em inspeção industrial, registro de marca, biometria e descrição de imagens utilizam atributos da forma, como os cantos, na geração de descritores para representação, análise e reconhecimento da mesma, possibilitando ainda que estes descritores se adequem ao uso em sistemas de recuperação. Esta tese aborda o problema da extração de características de formas planares binárias a partir de cantos, na proposta de um detector multiescala de cantos e sua aplicação em um sistema CBIR. O método de detecção de cantos proposto combina uma função de angulação do contorno da forma, a sua decomposição não decimada por transformada wavelet Chapéu Mexicano e a correlação espacial entre as escalas do sinal de angulação decomposto. A partir dos resultados de detecção de cantos, foi realizado um experimento com o sistema CBIR proposto, em que informações locais e globais extraídas dos cantos detectados da forma foram combinadas à técnica Deformação Espacial Dinâmica (do termo em inglês, Dynamic Space Warping), para fins de análise de similaridade formas com tamanhos distintos. Ainda com este experimento foi traçada uma estratégia de busca e ajuste dos parâmetros multiescala de detectores de cantos, segundo a maximização de uma função de custo. Na avaliação de desempenho da metodologia proposta, e outras técnicas de detecção de cantos, foram empregadas as medidas Precisão e Revocação. Estas medidas atestaram o bom desempenho da metodologia proposta na detecção de cantos verdadeiros das formas, em uma base pública de imagens cujas verdades terrestres estão disponíveis. Para a avaliação do experimento de recuperação de imagens, utilizamos a taxa Bull’s eye em três bases públicas. Os valores alcançados desta taxa mostraram que o experimento proposto foi bem sucedido na descrição e recuperação das formas, dentre os demais métodos avaliados.
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Análise de imagens por meio da matriz de interdependência e da transformação estrutural multiescala / Image analysis using interdependence matrix and multiscale structural transform

Ramalho, Geraldo Luis Bezerra 02 December 2013 (has links)
RAMALHO, G. L. B. Análise de imagens por meio da matriz de interdependência e da transformação estrutural multiescala. 2013. 163 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2014-04-02T12:39:06Z No. of bitstreams: 1 2013_tese_glbramalho.pdf: 5781615 bytes, checksum: 5c80e08cbacc66de73de74969060b1ae (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2014-04-02T19:02:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_tese_glbramalho.pdf: 5781615 bytes, checksum: 5c80e08cbacc66de73de74969060b1ae (MD5) / Made available in DSpace on 2014-04-02T19:02:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_tese_glbramalho.pdf: 5781615 bytes, checksum: 5c80e08cbacc66de73de74969060b1ae (MD5) Previous issue date: 2013-12-02 / Image analysis is a fundamental task in computer vision. It influences the development of algorithms for digital image processing and approaches for evaluating the results produced by these algorithms. This thesis introduces a methodology for the structural analysis of images based on the combined use of a multiscale structural transformation and extraction of structural features through spatial interdependence matrix. The multiscale structural transformation is an algorithm based on mathematical morphology framework that maps the gray levels of the input image into a space in which these gray levels are grouped into different scales of structures that form objects. The transformation can be applied in enhancement of gray level images and decomposition of binary images into elementary structures. The spatial interdependence matrix is an algorithm based on cooccurrence statistics that produces a global representation of the structural coincidences of two images. This matrix provides four attributes, namely, correlation, inverse difference moment, chi-square coefficient and entropy, which can be used as global descriptors of the image structures. The proposed methodology is validated with the results obtained for different applications: the detection of atmospheric corrosion of metal surfaces in photographs, the detection of lung disease in computerized tomography images, the referenced evaluation of image quality, the segmentation of retinal vessels in retinography and the quality assessment of retinal vessels segmentation algorithms. / A análise de imagens é uma tarefa fundamental em visão computacional. Ela influencia o desenvolvimento de algoritmos de processamento digital de imagens e as abordagens de avaliação dos resultados produzidos por estes algoritmos. Esta tese introduz uma metodologia para a análise estrutural de imagens baseada no uso combinado de uma transformação estrutural multiescala e da extração de características estruturais por meio da matriz de interdependência espacial. A transformação estrutural multiescala é um algoritmo baseado no arcabouço da morfologia matemática que mapeia os níveis de cinza da imagem de entrada para um espaço no qual esses níveis de cinza estão reagrupados em diferentes escalas de estruturas que formam os objetos. A transformação pode ser aplicada no realce de imagens em níveis de cinza e na decomposição de imagens binárias em estruturas elementares. A matriz de interdependência espacial é um algoritmo baseado na estatística de coocorrência que produz uma representação global das coincidências das estruturas de duas imagens de entrada. Essa matriz provê quatro atributos, a saber, correlação, momento de diferença inverso, coeficiente chi-quadrado e entropia, os quais podem ser utilizados como descritores globais das estruturas da imagem. A metodologia proposta é validada com os resultados obtidos para diferentes aplicações: a deteção de corrosão atmosférica em fotografias de superfícies metálicas, a deteção de doenças pulmonares em imagens de tomografia computadorizada, a avaliação referenciada da qualidade da imagens, a segmentação dos vasos da retina em retinografias e a avaliação da qualidade de algoritmos de segmentação de vasos de retina.
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Modelo estatístico para avaliar o desempenho de um sistema de correção de erro quântico / Statistical model performance evaluating a quantum error correction system

Franco, Paulo Henrique da Silva 23 August 2013 (has links)
FRANCO, P. H. S. Modelo estatístico para avaliar o desempenho de um sistema de correção de erro quântico. 2013. 47 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2014-04-03T14:51:51Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_phsfranco.pdf: 2856409 bytes, checksum: cd2db05d40b691af52afd2c81accd1ca (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2014-05-07T19:01:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_phsfranco.pdf: 2856409 bytes, checksum: cd2db05d40b691af52afd2c81accd1ca (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-07T19:01:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_phsfranco.pdf: 2856409 bytes, checksum: cd2db05d40b691af52afd2c81accd1ca (MD5) Previous issue date: 2013-08-23 / One of the most used physical properties to implement quantum technology is the polarization of the light. However, since the polarization of the light is fragile, it is essential that a quantum error correction system is used to make quantum information feasible in the polarization of a photon. A method of correction of polarization proposed for isolated photons divides the channel into sub-channels in such a way that only the variation in those sub-channels destroys the information. Therefore, rapid changes must occur in the moment that two optical pulses pass through the sub-channel. This work analyses a statistical model that uses the degree of depolarization of the light as a probability for the sub-channel to undergo minute variations in the time between the passage of two pulses. To model the variations of the parameters of the channel, it is used the probabilistic method of Poisson, applied to rare events. An estimate can be done using numerical methods which measures the degree of polarization of the light to predict how would be the behavior in the practice of the quantum error correction system studied. / Uma das propriedades físicas mais utilizadas para a implementação da tecnologia quântica é a polarização da luz. Entretanto, uma vez que a polarização da luz é frágil, é essencial que seja utilizado um sistema de correção de erro quântico a fim de tornar a informação quântica viável na polarização de um fóton. Um método de correção da polarização proposto para fótons isolados divide o canal em subcanais de tal forma que somente a variação nesses subcanais destrói a informação. Para isso, variações rápidas devem acontecer no momento em que dois pulsos ópticos atravessam o subcanal. Neste trabalho analisa-se um modelo estatístico que usa o grau de despolarização da luz como uma probabilidade do subcanal sofrer pequenas variações no período de tempo entre a passagem de dois pulsos. Para modelar as variações dos parâmetros do canal, utiliza-se o método probabilístico de Poisson aplicado a eventos raros. Realiza-se uma estimativa usando métodos numéricos que mede o grau de polarização da luz para fazer uma previsão de como seria o comportamento na prática do sistema de correção de erro quântico estudado.
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Modelagem tensorial para estimação de parâmetros em arranjos de antenas polarimétricas / Tensor modelling for parametric estimation in polarimetric antennas arrays

Paiva, Jordan Silva de 21 February 2014 (has links)
PAIVA, J. S. de. Modelagem tensorial para estimação de parâmetros em arranjos de antenas polarimétricas. 2014. 102 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2014-04-03T17:36:44Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_jspaiva.pdf: 3758426 bytes, checksum: e9210c3b518c83ecae59a0d59cc92cca (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2014-05-07T19:14:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_jspaiva.pdf: 3758426 bytes, checksum: e9210c3b518c83ecae59a0d59cc92cca (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-07T19:14:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_jspaiva.pdf: 3758426 bytes, checksum: e9210c3b518c83ecae59a0d59cc92cca (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / In this dissertation, we propose methods based on tensor signal processing for the parameter estimation in electric vector (Tripole) antenna arrays, considering different structures of arrays (ULA, L-shape and UPA). Initially, using a L-shape array, we develop a third order (3-D) tensor model for the received data. Based on this model, a trilinear alternating least squares (T-ALS) algorithm is used for the blind estimation of the source’s parameters. Then, under supervised transmission an alternative method is proposed by resorting to the SVD decomposition, which is compared to the T-ALS algorithm. A second approach is proposed, which is based on a uniform planar array antenna (UPA). In this case a fourth-order (4-D) tensor model is obtained, and the Q-ALS (Quadrilinear Alternating Least Squares) algorithm is used for parameter estimation. An alternative method is also proposed, which exploits the factorization of the Khatri-Rao product. Considering the supervised case, a new algorithm called Nested-SVD is proposed and a comparative study with Q-ALS, T-ALS and SVD algorithms is carried out. The performance of the proposed methods is evaluated through Monte Carlo simulations in different scenarios and array settings. Finally, computational modeling of electric tripole using the high frequency simulation software (HFSS) was performed, enabling the extraction of the L-shape and UPA spatial array gain. Then, the performance of the proposed tensor methods is evaluated in a more realistic scenario, and compared to idealized omnidirectional and unitary gain antenna array models / Nesta dissertação são propostos métodos baseados em processamento tensorial de sinais para a estimação de parâmetros em arranjos de antenas vetoriais elétricas (Tripolo), considerando diferentes estruturas de arranjos (ULA, L-shape e UPA). Inicialmente, é utilizado um arranjo em L-shape,resultando em um modelo tensorial de terceira ordem (3-D) que, junto ao algoritmo de estimação T-ALS (do inglês, Trilinear Alternating Least Squares), possibilita a identificação cega de pelo menos o dobro de fontes estimadas pelos modelos tradicionais. Em seguida, sob transmissão supervisionada, é proposto um método alternativo, utilizando a decomposição SVD, o qual é comparado ao método tensorial com uso do algoritmo T-ALS. Uma segunda abordagem é proposta utilizando-se uma estrutura de arranjo planar de antenas (UPA), a qual faz uso de um modelo tensorial de quarta ordem (4-D) junto ao algoritmo de estimação Q-ALS (do inglês, Quadrilinear Alternating Least Squares). Neste caso, um método alternativo é proposto usando a fatoração do produto de Khatri-Rao e uma análise comparativa destes métodos é realizada. Considerando-se o caso supervisionado, é feito ainda um estudo comparativo dos algoritmos Q-ALS, T-ALS e SVD, e um novo algoritmo, chamado Nested-SVD é proposto. Por fim, foi realizada a modelagem computacional do tripolo elétrico com uso de software de simulação de alta frequência (HFSS), possibilitando a extração do parâmetro de ganho espacial dos arranjos L-shape e UPA. Em seguida, é feita a avaliação do desempenho dos métodos tensoriais propostos usando este parâmetro em uma situação mais realista, e comparado ao desempenho usando modelos idealizados de arranjos de antenas com ganho unitário e omnidirecional. O desempenho dos métodos propostos é avaliado através de simulações de Monte Carlo em diferentes cenários e configurações de arranjo
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Monitoramento de padrões térmicos em colmeias de abelhas via redes de sensores sem fio / Monitoring thermic patterns in beehives via wireless sensor networks

Kridi, Douglas Santiago 28 August 2014 (has links)
KRIDI, D. S. Monitoramento de padrões térmicos em colmeias de abelhas via redes de sensores sem fio. 62 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-02-12T16:39:48Z No. of bitstreams: 1 dis_DOUGLAS KRIDI_Teleinf..pdf: 3051171 bytes, checksum: 0c1eba8146db6bd77f2bcc81161c8578 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-02-12T16:44:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dis_DOUGLAS KRIDI_Teleinf..pdf: 3051171 bytes, checksum: 0c1eba8146db6bd77f2bcc81161c8578 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-12T16:44:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dis_DOUGLAS KRIDI_Teleinf..pdf: 3051171 bytes, checksum: 0c1eba8146db6bd77f2bcc81161c8578 (MD5) Previous issue date: 2014-08-28 / Swarming is the mass exodus of bees in a hive, whose most common causes are lack of food, stress, variations of humidity and especially high temperatures. Among the types of swarming, one in which the complete abandonment of the hive occurs has brought great harm to Brazilian beekeepers, particularly the Northeast. In the Northeast region, of great importance for the Brazilian beekeeping, and where high temperatures are common in most of the year, a large number of hives is lost due to the swarming through abandonment. In an attempt to mitigate this problem, we propose a proactive monitoring hives via a network of wireless sensors capable of identifying atypical heating indicative of a preswarming condition. By means of a sampling pattern obtained from the cyclical daily temperatures, we developed a predictive algorithm based on pattern recognition techniques capable of detecting the increase of temperature inside the beehive (microclimate) responsible for the typical stress bees culminating in swarming. Such a mechanism is also able to recognize and avoid sending redundant information over the network in order to reduce radio communication, thereby reducing costs of data transmission and energy / Enxameação é a saída em massa das abelhas de uma colmeia, cujas causas mais comuns são a falta de alimentos, estresse, variações da umidade do ar e principalmente as altas temperaturas. Dentre os tipos de enxameação, aquela em que ocorre o abandono completo da colmeia tem trazido grandes prejuízos aos apicultores brasileiros, particularmente aos nordestinos. Na região Nordeste, de grande importância para a produção apícola brasileira e onde altas temperaturas são comuns na maior parte do ano, um grande número de colmeias é perdido em função da enxameação por abandono. Na tentativa de mitigar este problema, propomos aqui um monitoramento proativo de colmeias via uma rede de sensores sem fio capaz de identificar o aquecimento atípico indicativo de uma condição pré-enxameatória. Por meio de um padrão de coletas obtido a partir do comportamento cíclico de temperaturas diárias, elaboramos um algoritmo preditivo, baseado em técnicas de reconhecimento de padrões, capaz de detectar o aumento da temperatura no interior da colmeia (microclima) responsável pelo estresse típico das abelhas que culmina na enxameação. Tal mecanismo também é capaz de reconhecer e evitar o envio de informações redundantes pela rede de modo a diminuir a comunicação via rádio, consequentemente reduzindo custos de transmissão de dados e energia
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Estudo do desempenho do interferômetro de Michelson de fibras de cristal fotônico para aplicações em circuitos lógicos nas configurações on-off e ppm / Performance study of the Michelson interferometer photonic crystal fiber for applications in logic circuits in the settings on-off and ppm

Sousa, José Rubens Rodrigues de 14 November 2014 (has links)
SOUSA. J. R. R. Estudo do desempenho do interferômetro de Michelson de fibras de cristal fotônico para aplicações em circuitos lógicos nas configurações on-off e ppm. 2014. 142 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-02-27T19:30:36Z No. of bitstreams: 1 2014_tese_jrrsousa.pdf: 2881602 bytes, checksum: 5d6314772cae8f7c9a94565aa3be7f57 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-03-04T15:56:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_tese_jrrsousa.pdf: 2881602 bytes, checksum: 5d6314772cae8f7c9a94565aa3be7f57 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-04T15:56:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_tese_jrrsousa.pdf: 2881602 bytes, checksum: 5d6314772cae8f7c9a94565aa3be7f57 (MD5) Previous issue date: 2014-11-14 / In this work, we present a numerical investigation of the performance of a fully optical device, composed of a double directional coupler, followed by two symmetrically identical Bragg gratings, recorded in his arms out, setting up a Michelson interferometer with features a filter add / drop. We consider the propagation of ultrashort pulses (order of femtoseconds) over the entire length of the system. Higher order effects such as third-order dispersion, intrapulse Raman scattering and self-steepening were included in the generalized nonlinear Schrödinger equation governing the pulse propagation. The research is conducted through numerical simulations, using the method Runge Kutta fourth order. We work with two different applications. Firstly, we conduct the study of the device in an on-off system in three distinct regimes of pumping power: below the critical power (Po = 150 kW), critical power (Pc=177 kW) and power above the critical (Po = 196 kW). We determine several relevant quantities to characterize system performance, such as transmission, extinction rate, crosstalk and compression factor as a function of dephasing added to one of the Bragg gratings Michelson interferometer. Furthermore, we use the device as a two input logic gate, according to the four possible combinations of two pulses, on the input fibers 1 and 2, to obtain the logic functions XOR, OR and NOT. In a second step, the four possible combinations for two pulses, on the input fibers 1 and 2, modulated by the Temporal Pulse Position (PPM) in the logical levels 0 or 1, were used. The effects of a variation in the coding parameter offset (ε) (of the PPM modulation), in the initial position of the pulse associated to the reference pulse or unmodulated information, have been investigated and an OR gate, has emerged. Through the analysis of output pulses, we studied the Signal to Noise Ratio (SNR) for the construction of a figure of merit, with the aim of comparing the performance of logic gates obtained. / Neste trabalho, apresentamos uma investigação numérica do desempenho de um dispositivo totalmente óptico, composto por um acoplador direcional duplo, seguido de duas grades de Bragg simetricamente iguais, gravadas nos seus braços de saída, configurando um Interferômetro de Michelson com características de um filtro add/drop. Consideramos a propagação de pulsos ultracurtos (ordem de femtossegundos) ao longo do sistema. Efeitos de alta ordem, como a dispersão de terceira ordem, espalhamento Raman intrapulso e auto-inclinação (Self-steepening) foram incluídos na equação não linear de Schrödinger generalizada que rege a propagação do pulso. A investigação é realizada, através de simulações numéricas, utilizando-se o método de Runge Kutta de quarta ordem. Trabalhamos com duas aplicações distintas. Em um primeiro momento, realizamos o estudo do dispositivo em um sistema on-off, em três regimes distintos de potência de bombeamento: potência abaixo da crítica (P0=150 kW), potência crítica (Pc=177 kW) e potência acima da crítica (P0=196 kW). Determinamos várias quantidades relevantes para caracterizar o desempenho do sistema, tais como a transmissão, taxa de extinção, crosstalk e fator de compressão como uma função do desfasamento adicionado a uma das grades de Bragg do interferômetro de Michelson. Além disso, utilizamos o dispositivo como uma porta lógica de duas entradas, de acordo com as quatro possíveis combinações para dois pulsos, nas fibras um e dois, para obtenção das funções lógicas XOR, OR e NOT. Em um segundo momento, as quatro combinações possíveis de dois pulsos, nas entradas das fibras 1 e 2, modulados pela Posição Temporal do Pulso (PPM) nos níveis lógicos 0 ou 1, foram utilizados. Os efeitos de uma variação no parâmetro de ajuste de modulação (ε) (da modulação PPM), na posição inicial do pulso associada com a amplitude de referência ou a informação não modulada, têm sido investigados e com o surgimento de uma porta OR, tendo surgido. Através da análise dos pulsos de saída, fizemos um estudo da Relação Sinal Ruído (SNR) para a construção de uma figura de mérito, com o objetivo de compararmos o desempenho das portas lógicas obtidas.

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