Orientador : Manuel de Jesus Mendes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-17T02:00:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bruno_PaulodeTarsoMartins_M.pdf: 1851397 bytes, checksum: e4163e65201b889c962b8fe6046de839 (MD5) Previous issue date: 1976 / Resumo: O problema da estimação do estado de um sistema dinâmico estocásticos, a partir de observações na saída, é de grande importância em engenharia. A partir de 1960 grandes impulso tem sido dado na solução das mais diferentes situações, encontrando-se atualmente grande serie de algoritmos de filtragem seqüencial. No presente trabalho estudam-se os quatro filtros de segunda ordem citados na literatura, analisando suas vantagens e desvantagens na aplicação a um sistema escalar; um desses algoritmos é aplicado a um problema pra tico e os resultados são comentados / Abstract: Not informed / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

[pt] Este trabalho apresenta uma nova formulação para o problema de Aproximações de Funções Racionais e Polinomiais do Módulo ao Quadrado de Filtros em termos da teoria de otimização. Um estudo das Funções Racionais de Chebyshev é apresentado. Ele inclui como casos especiais o Filtro Elíptico e o Filtro Misto, com 4 (quatro) graus de planura na origem e no infinito. Em adição, uma técnica que utiliza a Função Geradora é usada para dois casos específicos do problema do Filtro Misto. / [en] This work presents a new formulation for the Polynomial and Rational Function Approximations of the Square Magnitude Response of Filters in terms of optimization theory. A study of Chebyshev Rational Functions is presented. This includes as special cases the Elliptic Filter and the Mixed Filter, which has 4 (four) degrees of flatness at the origin and at infinity. In addition, a technique using the method of Function Generation is used to solve two special cases of the Mixed Filter problem.

The Narrow-Band Imaging (NBI) technique allows the detection of lesions not identified with white light. Medical studies revealed that the wavelengths of 415 nm and 540 nm of the electromagnetic spectrum correspond to the peaks of hemoglobin absorptions band. The wavelength of 415 nm is located in the blue region of the electromagnetic spectrum, allowing the visualization enhancement of superficial veins. Moreover, the wavelength of 540 nm is located in the green region of the spectrum, and it is related to the visualization of sub-epithelial vessels. Initially, this work aims the design, simulation, fabrication (as well as stablish all the ideal settings for the depositions) and characterization of optical filters for the wavelength around 415 nm and 540 nm, through the application of the Fabry-Perot principle. Additionally, this work aims the investigation of two hypotheses: the first one is test the optical filters on the image sensor, and the second one is to test them on the light sources, in order to determined which adaptation technique is better for improving the image contrast of the blood vessels. / A técnica de Narrow-Band Imaging (NBI), ou imageamento por banda estreita, permite a detecção de lesões que não podem ser identificadas com a luz branca. Estudos clínicos revelaram que os comprimentos de onda de 415 nm e 540 nm do espectro eletromagnético correspondem aos picos de banda de absorção da hemoglobina. O comprimento de onda de 415 nm localiza-se na parte azul do espectro eletromagnético, o que permite uma melhor visualização de vasos superficiais. Além disso, o comprimento de onda 540 nm localiza-se na faixa verde do espectro e está relacionado com a visualização de vasos sub-epitheliais. O intuito deste trabalho é o projeto, simulação, fabricação (assim como estabelecer os parâmetros ideais para as deposições) e caracterização de filtros ópticos para os comprimentos de onda próximos de 415 nm e 540 nm, com aplicação do princípio físico de Fabry-Perot. Posteriormente, pretende-se investigar duas hipóteses: a primeira é a de testar os filtros ópticos no sensor de imagem, e o segundo é a de testá-los nas fontes de luz, para verificar qual técnica de adaptação seria melhor para aumentar o contraste entre os vasos sanguíneos.

O presente trabalho tem por objetivo auxiliar na detecção de lesões suspeitas como microcalcificações, realçando-as do tecido glandular da mama. Este estudo foi feito por simulação de diversas técnicas de exposição em combinação com diversos filtros, afim de estabelecer um critério que relaciona a diferença de absorção, em níveis de cinza, entre a região saudável e a região lesada da mama. Diversas combinações de filtros e espectros com quilovoltagens entre 10 e 140 kV foram aplicados à simulação dos tecidos da mama e das microcalcificações verificando a nitidez das imagens simuladas. Para comprovar a validade das simulações foram feitas várias exposições em vários intervalos de energias para diversas kVp. / The goal of the present work is to aid the diagnosis of breast cancer by detection of suspicious lesions as microcalcification, enhancing them of the glandular tissues of the breast. This study was made by simulation of several exhibition techniques in combination with various filters, in order to establish an approach that relates the absorption difference, in gray levels, between the healthy region and the hurted region of breast. Several combinations of filters and spectra with kilovoltage between 10 and 140 kV were applied the simulation of the tissues of the breast and of the microcalcification verifying the clearness of the simulate images. Exhibitions in several intervals of energy for various kVp were made to check the validity of the simulations.

As imagens do satélite Landsat, disponívies desde 1972, têm sido extensivamente utilizadas pelos especialistas da área de sensoriamento remoto. Em algumas aplicações, há a necessidade de gerar as imagens em grades de amostragem mais fina. Normalmente, utilizam-se técnicas de interpolação que reduzem a resolução espacial da imagem processada. Neste trabalho, é utilizada a técnica de restauração combinada com o processo de reamostragem para gerar imagens, em taxas de amostragem diferentes da original, com qualidade espacial melhor. As funções de transferência dos sensores MSS e TM foram determinadas a partir de um modelo teórico, utilizando dados de especificação de projeto. A avaliação dos resultados indicou resoluções espaciais piores que as resoluções nomiais dos sistemas. O algoritmo de restauração é baseado no método da Compensação da Função de Transferência (CFT) ou do Filtro Inverso Modificado (FIM), usando filtros FIR através da técnica de janelamento. Uma aproximação do filtro de Wiener é também utilizada. O filtro é projetado no domínio de Fourier. Subsequentemente, um operador linear no dominio espacial é derivado para ser aplicado na restauração da imagem. O filtro da restauração FIM é utilizado para reamostrar imagens do sensor TM do satélite Landsat-5 em uma grade de amostragem de 15 m ("pixel" original = 30 m). A avaliação dos resultados da restauração é feita através da comparação qualitativa e quantitativa entre as imagens do sensor TM remostradas pelos métodos da restauração combinada com a interpolação, e Convolução Cúbica Paramétrica (CCP). A comparação é feita visualmente, através do perfil radiométrico ao longo de uma linha da imagem, por meio da diferença de imagens, de medidas estatística e análise de Fourier. Resultados melhores são obtidos com o método de restauração proposto.

Filtros adaptativos com resposta ao impulso infinita (IIR) podem substituir com vantagens aqueles com respostas ao impulso finitas (FIR). Entre estas vantagens está o seu reduzido número de parâmetros que leva a uma menor complexidade computacional na obtenção de respostas similares. Porém, a utilização de filtros adaptativos IIR apresenta alguns problemas práticos, sendo o mais destacado sua convergência lenta. Este problema aparece principalmente quando algoritmos baseados no gradiente são utilizados para a adaptação dos coeficientes do filtro. A abordagem baseada na teoria de realização balanceada de sistemas, previamente utilizada para se analizar filtros com entrada branca, se mostrou uma ferramenta útil para entender o que faz com que um filtro convirja lentamente. Este método já foi aplicado com sucesso na análise de filtros adaptativos IIR com entrada branca nas configurações de identificação e de identificação inversa. Neste trabalho aplicaremos este mesmo método para o caso de entrada não branca. Será mostrado que a configuração de identificação inversa é um caso particular da configuração de identificação com entrada não-branca, podendo ambas serem tratadas conjuntamente. Também será mostrado que o sistema que controla as propriedades de convergência não é mais o sistema desconhecido que se está tentando identificar, e sim um sistema relacionado a este e a densidade espectral da entrada. No caso de entrada branca, esta análise levou ao algoritmo de aproximações sucessivas, o qual, utilizando um bloco auxiliar, tenta fazer com que o filtro adaptativo enxergue um um sistema de rápida convergência. Será apresentada uma generalização deste algoritmo para o caso de entrada não-branca, inclusive serão apontadas limitações do mesmo quanto a valores dos passos de adaptação. Simulações numéricas serão usadas para ilustrar todos os resultados obtidos. / Adaptive filters with infinite impulse response (IIR) can replace with advantages the ones with finite impulse response (FIR). One of these advantages is the reduced number of parameters which leads to a smaller computational complexity giving similar responses. However, the use of adaptive IIR filters has some pratical issue, being the most prominent its slow convergence. This issue is mainly seem when gradient descent algorithms are applied to adptate the filters coefficients. The approach bassed on the balanced realization of systems, previously used to analyze the convergence speed of adaptive IIR filter with white input, has seemed to be a useful tool in understanding what causes the slow convergence in a filter. This approach was sucessful aplliedto the analyzes of the identification and inverse identification configurations. In this work we will aplly this same approach to the non-white input case. It will be shown that the invese identification configuration is a special case of the identification configuration with non-white input, so both can be addressed together. It will also be shown that the convergence properties are no more set by the caracteristics of the unknown system, but by the caracteristics of a system related to it and the input spectral density function. In the white input case, the results of this analysis were used to propose the sucessive approximations algorithm, which uses an auxiliary block trying to make the adaptive filter sees a system with faster convergence. A more general form of this algorithm that includes the non-white input case will be presented, and some drawbacks regarding the adptation stepsize will be pointed out. Numerical simulations will be used to illustrate all the obtained results.

Se presenta el desarrollo de un sistema de diagnóstico de fallos (SDF) aplicado a un proceso hidráulico con tanques interconectados, mediante el Esquema de los Observadores Dedicados (DOS) y el enfoque de estimación paramétrica. La tesis incluye el modelamiento del proceso, el análisis de las fallas de mayor criticidad que se podrán presentar y el diseño de un regulador LQG que permite estabilizar el sistema. En el proceso de diseño del SDF en sensores, se introdujo el Filtro de Rápido Seguimiento (STF), una variante adaptativa del Filtro Extendido de Kalman (EKF), el cual resultó muy útil al aumentar la disponibilidad y estabilidad del SDF, mediante la reducción notable del tiempo de convergencia en los estados estimados de las variables no medidas y la capacidad para eliminar el sesgo originado por el método de discretización empleado. El Algoritmo STF es empleado en la construcción del banco de observadores, necesario para la implementación del enfoque DOS. Adicionalmente, con el objetivo de dar un diagnóstico detallado, se diseño un algoritmo de identificación de fallos basado en umbrales estáticos. Los resultados obtenidos mediante simulación lograron detectar, aislar e identificar fallos individuales en todos los sensores, llegando inclusive a identificar fallos simultáneos hasta en tres sensores a la vez. En la tarea de diagnóstico en componentes (actuadores, tuberías y tanques), se vio por conveniente usar el enfoque de estimación paramétrica mediante la técnica de Estados Aumentados, obteniendo resultados satisfactorios. Se demostró como el algoritmo STF representa una sencilla solución a los problemas de divergencia del EKF, logrando la convergencia de los parámetros estimados a sus valores nominales en presencia de incertidumbres en el modelo y ruido de medición. En general, se evidenció que el STF puede proporcionar una estimación de parámetros rápida, estable y libre de sesgos para el Sistema Hidráulico, aun cuando ocurren cambios paramétricos simultáneos en la planta. / Tesis

The Narrow-Band Imaging (NBI) technique allows the detection of lesions not identified with white light. Medical studies revealed that the wavelengths of 415 nm and 540 nm of the electromagnetic spectrum correspond to the peaks of hemoglobin absorptions band. The wavelength of 415 nm is located in the blue region of the electromagnetic spectrum, allowing the visualization enhancement of superficial veins. Moreover, the wavelength of 540 nm is located in the green region of the spectrum, and it is related to the visualization of sub-epithelial vessels. Initially, this work aims the design, simulation, fabrication (as well as stablish all the ideal settings for the depositions) and characterization of optical filters for the wavelength around 415 nm and 540 nm, through the application of the Fabry-Perot principle. Additionally, this work aims the investigation of two hypotheses: the first one is test the optical filters on the image sensor, and the second one is to test them on the light sources, in order to determined which adaptation technique is better for improving the image contrast of the blood vessels. / A técnica de Narrow-Band Imaging (NBI), ou imageamento por banda estreita, permite a detecção de lesões que não podem ser identificadas com a luz branca. Estudos clínicos revelaram que os comprimentos de onda de 415 nm e 540 nm do espectro eletromagnético correspondem aos picos de banda de absorção da hemoglobina. O comprimento de onda de 415 nm localiza-se na parte azul do espectro eletromagnético, o que permite uma melhor visualização de vasos superficiais. Além disso, o comprimento de onda 540 nm localiza-se na faixa verde do espectro e está relacionado com a visualização de vasos sub-epitheliais. O intuito deste trabalho é o projeto, simulação, fabricação (assim como estabelecer os parâmetros ideais para as deposições) e caracterização de filtros ópticos para os comprimentos de onda próximos de 415 nm e 540 nm, com aplicação do princípio físico de Fabry-Perot. Posteriormente, pretende-se investigar duas hipóteses: a primeira é a de testar os filtros ópticos no sensor de imagem, e o segundo é a de testá-los nas fontes de luz, para verificar qual técnica de adaptação seria melhor para aumentar o contraste entre os vasos sanguíneos.

Filtros adaptativos com resposta ao impulso infinita (IIR) podem substituir com vantagens aqueles com respostas ao impulso finitas (FIR). Entre estas vantagens está o seu reduzido número de parâmetros que leva a uma menor complexidade computacional na obtenção de respostas similares. Porém, a utilização de filtros adaptativos IIR apresenta alguns problemas práticos, sendo o mais destacado sua convergência lenta. Este problema aparece principalmente quando algoritmos baseados no gradiente são utilizados para a adaptação dos coeficientes do filtro. A abordagem baseada na teoria de realização balanceada de sistemas, previamente utilizada para se analizar filtros com entrada branca, se mostrou uma ferramenta útil para entender o que faz com que um filtro convirja lentamente. Este método já foi aplicado com sucesso na análise de filtros adaptativos IIR com entrada branca nas configurações de identificação e de identificação inversa. Neste trabalho aplicaremos este mesmo método para o caso de entrada não branca. Será mostrado que a configuração de identificação inversa é um caso particular da configuração de identificação com entrada não-branca, podendo ambas serem tratadas conjuntamente. Também será mostrado que o sistema que controla as propriedades de convergência não é mais o sistema desconhecido que se está tentando identificar, e sim um sistema relacionado a este e a densidade espectral da entrada. No caso de entrada branca, esta análise levou ao algoritmo de aproximações sucessivas, o qual, utilizando um bloco auxiliar, tenta fazer com que o filtro adaptativo enxergue um um sistema de rápida convergência. Será apresentada uma generalização deste algoritmo para o caso de entrada não-branca, inclusive serão apontadas limitações do mesmo quanto a valores dos passos de adaptação. Simulações numéricas serão usadas para ilustrar todos os resultados obtidos. / Adaptive filters with infinite impulse response (IIR) can replace with advantages the ones with finite impulse response (FIR). One of these advantages is the reduced number of parameters which leads to a smaller computational complexity giving similar responses. However, the use of adaptive IIR filters has some pratical issue, being the most prominent its slow convergence. This issue is mainly seem when gradient descent algorithms are applied to adptate the filters coefficients. The approach bassed on the balanced realization of systems, previously used to analyze the convergence speed of adaptive IIR filter with white input, has seemed to be a useful tool in understanding what causes the slow convergence in a filter. This approach was sucessful aplliedto the analyzes of the identification and inverse identification configurations. In this work we will aplly this same approach to the non-white input case. It will be shown that the invese identification configuration is a special case of the identification configuration with non-white input, so both can be addressed together. It will also be shown that the convergence properties are no more set by the caracteristics of the unknown system, but by the caracteristics of a system related to it and the input spectral density function. In the white input case, the results of this analysis were used to propose the sucessive approximations algorithm, which uses an auxiliary block trying to make the adaptive filter sees a system with faster convergence. A more general form of this algorithm that includes the non-white input case will be presented, and some drawbacks regarding the adptation stepsize will be pointed out. Numerical simulations will be used to illustrate all the obtained results.

Orientador: Ricardo José de Oliveira Carvalho. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional de Blumenau, Centro de Ciências Tecnológicas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.