Estágio realizado na Critical Software, S. A. e orientado pelo Eng.º Marco António Manso Ventura e Nuno Alexandre Duro dos Santos / Tese de mestrado integrado. Engenharia Informátca e Computação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Telecomunicações). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Estágio realizado na ClusterMedia Labs / Tese de mestrado integrado. Engenharia Informática e Computação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

A identificação e o monitoramento de microorganismos aquáticos, como bactérias e microalgas, tem sido uma tarefa árdua e morosa. Técnicas convencionais, com uso de microscópios e corantes, são complexas, exigindo um grande esforço por parte dos técnicos e pesquisadores. Uma das maiores dificuldades nos processos convencionais de identificação via microscopia é o elevado número de diferentes espécies e variantes existentes nos ambientes aquáticos, muitas com semelhança de forma e textura. O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de uma metodologia para a caracterização e classificação de microorganismos aquáticos (bactérias e microalgas), bem como a determinação de características cinemáticas, através do estudo da mobilidade de microalgas que possuem estruturas que permitem a natação (flagelos). Para caracterização e reconhecimento de padrões as metodologias empregadas foram: o processamento digital de imagens e redes neurais artificiais (RNA). Para a determinação da mobilidade dos microorganismos foram empregadas técnicas de velocimetria por processamento de imagens de partículas em movimento (Particle Tracking Velocimetry - PTV). O trabalho está dividido em duas partes: 1) caracterização e contagem de microalgas e bactérias aquáticas em amostras e 2) medição da velocidade de movimentação das microalgas em lâminas de microscópio. A primeira parte envolve a aquisição e processamento digital de imagens de microalgas, a partir de um microscópio ótico, sua caracterização e determinação da densidade de cada espécie contida em amostras. Por meio de um microscópio epifluorescente, foi possível, ainda, acompanhar o crescimento de bactérias aquáticas e efetuar a sua medição por operadores morfológicos. A segunda parte constitui-se na medição da velocidade de movimentação de microalgas, cujo parâmetro pode ser utilizado como um indicador para se avaliar o efeito de substâncias tóxicas ou fatores de estresse sobre as microalgas. O trabalho em desenvolvimento contribuirá para o projeto "Produção do Camarão Marinho Penaeus Paulensis no Sul do Brasil: Cultivo em estruturas Alternativas" em andamento na Estação Marinha de Aquacultura - EMA e para pesquisas no Laboratório de Ecologia do Fitoplâncton e de Microorganismos Marinhos do Departamento de Oceanografia da FURG. O trabalho propõe a utilização dos níveis de intensidade da imagem em padrão RGB e oito grandezas geométricas como características para reconhecimento de padrões das microalgas O conjunto proposto de características das microalgas, do ponto de vista de grandezas geométricas e da cor (nível de intensidade da imagem e transformadas Fourier e Radon), levou à geração de indicadores que permitiram o reconhecimento de padrões. As redes neurais artificiais desenvolvidas com topologia de rede multinível totalmente conectada, supervisionada, e com algoritmo de retropropagação, atingiram as metas de erro máximo estipuladas entre os neurônios de saída desejados e os obtidos, permitindo a caracterização das microalgas.

A confiabilidade de sistemas de processamento digital de sinais é, entre tantos fatores, diretamente proporcional à confiabilidade dos conversores analógico-digitais neles presentes para serem usados como interface com o mundo real. Este trabalho propõe um método novo de teste de conversores analógico-digitais baseado em ruído. O método proposto possibilita a detecção de falhas nos conversores em teste. Além disto, a técnica proposta é capaz de estimar simultaneamente características estáticas e dinâmicas tornando-se, portanto, inovador em relação aos demais métodos presentes na literatura. A proposta, a simulação e a implementação do método são apresentadas ao longo desta dissertação. A comparação dos resultados obtidos com um método padrão de teste de ADCs, o método do histograma, comprovam a eficácia do método.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-12-15T17:23:02Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1574432 bytes, checksum: e9f45eb637d1078c682138eab37ce072 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-15T17:23:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1574432 bytes, checksum: e9f45eb637d1078c682138eab37ce072 (MD5) Previous issue date: 2017-07-14 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O objetivo deste estudo foi desenvolver um método de monitoramento de áreas de restauração por meio do processamento digital de imagens de uma câmera a bordo de VANT (Veículo Aéreo Não Tripulado) e de uma composição dados LIDAR (Light Detection and Ranging), de modo a gerar recomendações precisas de manejo adaptativo. Além disso, por meio da análise de um banco de dados de monitoramento ecológico realizado em campo, determinaram-se valores de referência para indicadores ecológicos do processo de restauração. O estudo foi realizado áreas em processo de restauração da Fibria Celulose S.A, com mais de 48 meses de implantação. Utilizou-se imagens de câmera Canon S110 NIR a bordo de VANT e uma composição de dados LIDAR, que foram classificadas através dos algoritmos da Máxima Verossimilhança (MaxVer) e Random Forest (RF), e posteriormente comparou-se a acurácia da classificação (Índice Kappa e Exatidão Global - EG) por meio do teste Z. O indicador de cobertura do solo foi avaliado por imagens separando-se as classes de cobertura de copa, gramíneas e solo exposto. Para se recomendar valores de referência a partir de dados coletados em campo de diversos projetos monitorados na empresa, separou-se um grupo de dados contendo as áreas com cobertura de copa superior a 70%, dentro do qual foi calculada a média entre os quartis Q25 e Q75 dos valores dos indicadores de densidade e riqueza de regenerantes nativos. Para a geração de recomendação de manejo adaptativo, calculou-se a área ocupada pelas diferentes classes de cobertura do solo e elaborou- se um sistema especialista, através do ArcGIS. Em seguida, comparou-se as recomendações geradas a partir de cada imagem classificada. Os valores de EG, Kappa e a avaliação visual das imagens foram excelentes para todas as combinações de métodos (VANT ou LIDAR) e algoritmos utilizados. Entretanto, ao comparar a eficiência dos algoritmos, percebeu-se que tanto para a classificação proveniente de imagens de câmeras a bordo de VANT quanto da composição de dados LIDAR, o algoritmo RF apresentou melhor desempenho que o MaxVer, mas quando se comparou os métodos de obtenção de imagens não houve diferença significativa indicando que, independente da escolha do método, será possível obter bons resultados com o RF. Definiu-se 940 indivíduos por hectare e três espécies de regenerantes arbóreos ou arbustivos nativos como limiar de referência para considerar a área como adequada nos casos onde o método de restauração foi o plantio de mudas nativas ou condução da regeneração natural realizados há de cinco anos, e 1.700 indivíduos por hectare e cinco espécies nas áreas onde o única método realizado foi o corte ou anelamento das árvores de eucalipto, tendo sido realizado há cerca de 15 a 20 anos. Encontrou-se ligeira diferença entre as recomendações geradas pelas diferentes imagens classificadas. A recomendação mais gerada foi capina ou coroamento e adensamento com mudas de espécies nativas, representando 34% do total das recomendações geradas. O método de monitoramento sugerido por esse estudo se mostrou eficiente, e pode ser considerado promissor para se monitorar áreas em processo restauração, sobretudo em larga escala. / The objective of this study was to develop a methodology for monitoring restoration areas through the digital image processing on board of UAV (Unmanned Aerial Vehicle) and a data composition of Light Detection and Ranging (LIDAR), in order to generate accurate adaptive management recommendations. In addition, through the analysis of an ecological monitoring database carried out in the field, reference values were determined for ecological indicators of the restoration process. The study was carried out in areas in restoration process from Fibria Celulose S. A., with more than 48 months of implantation. It was used images of Canon S110 NIR camera on the UAV and a composition of LIDAR data, which were classified through the algorithms of the Maximum likelihood (MaxVer) and Random Forest (RF), and then the classification accuracy (Kappa Index and Global Accuracy - EG) was compared using the Z test. The soil cover indicator was evaluated by images separating the classes of canopy cover, grasses and bare soil. In order to recommend reference values from the field collected data of several monitored projects in the company, a data group containing the areas with canopy cover of more than 70% was separated, within which the average values from indicators of density and richness of native regenerants was calculated between quartiles Q25 and Q75. For the generation of adaptive management recommendations, the area occupied by the different soil cover classes was calculated and a specialist system was elaborated to define the recommendations through ArcGIS software. Then, the recommendations generated according to each classified image were compared. The values of EG, Kappa and visual evaluation of the images were excellent for all combinations of methods (UAV or LIDAR) and both algorithms used. However, when comparing the efficiency of the algorithms, it was observed that for both the classification from the images of the cameras on board UAV and the composition of LIDAR data, RF algorithm presented better performance than the MaxVer, but when comparing the imaging methods, there were no significant differences, indicating that regardless of the method choice, it will be possible to obtain good results using RF algorithm. We defined 940 individuals per hectare and three species of native regenerants as the reference threshold to consider the area as adequate, in cases where the restoration method was planting native seedlings or assisted natural regeneration more than five years ago, and 1,700 individuals per hectare and five species in areas where the eucalyptus was harvested 15 to 20 years ago. There was little difference between the recommendations generated by the different classified images, and the most common recommendation was weeding or seedling crowning followed by dense planting with native species (34%). The monitoring methodology suggested by this study was efficient, and can be considered promising to monitor areas in restoration process, especially on a large scale.

[pt] Este trabalho consiste na sistematização da análise de propriedades do processamento digital por blocos. Como conseqüência da mesma, são estudadas implementações alternativas. Apresenta-se em primeiro lugar um resumo de alguns aspectos da implementação por blocos, isto é, o processamento de várias amostras de excitação simultaneamente, para em seguida examinar a estabilidade, propriedades das matrizes em jogo e facilidade do cálculo da sensibilidade, desta implementação. Estuda-se a rede transposta, fazendo-se uma comparação com a rede normal e analisando suas propriedades. Formas de realização são sugeridas estudando sua viabilidade em termos de número de processadores, memória, tempo de computação e retardo. Sugere-se ainda que um filtro digital qualquer seja implementado como a cascata de um filtro só polos e um FIR para permitir o cálculo das sensibilidades, das respostas impulsional e em freqüência, a quantização dos coeficientes da função de transparência. Finalmente, uma simulação em um microcomputador em linguagem de alto nível (BASIC) é apresentada para exemplificar a implementação dos blocos. / [en] This work consists of a systematization of properties analysis of block digital processing. As a consequence, alternative implementation are studied. It is first shown a resume of some aspects of block implementation, i. e., the processing of many samples of the excitation simultaneouly, to examine the stability, properties of some matrixes of interest and facility of calculating the sensibility of such implementation. It is studied the transpose network and comparisons are made with the normal structure analysing its properties. Other realizations are proposed examining aspects such as: number of processors, memory, computing time and delay. It is suggested that a digital filtering should be implemented as a tandem connection of an all pole and FIR filter to allow a simple calculus of the sensibility of the impulsional and frequency responses to the coeficients quantization of the transfer function. Finally, a simulation on a microcomputer in a high level language (BASIC) is given to serve as an example of the block implementation.

A identificação e o monitoramento de microorganismos aquáticos, como bactérias e microalgas, tem sido uma tarefa árdua e morosa. Técnicas convencionais, com uso de microscópios e corantes, são complexas, exigindo um grande esforço por parte dos técnicos e pesquisadores. Uma das maiores dificuldades nos processos convencionais de identificação via microscopia é o elevado número de diferentes espécies e variantes existentes nos ambientes aquáticos, muitas com semelhança de forma e textura. O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de uma metodologia para a caracterização e classificação de microorganismos aquáticos (bactérias e microalgas), bem como a determinação de características cinemáticas, através do estudo da mobilidade de microalgas que possuem estruturas que permitem a natação (flagelos). Para caracterização e reconhecimento de padrões as metodologias empregadas foram: o processamento digital de imagens e redes neurais artificiais (RNA). Para a determinação da mobilidade dos microorganismos foram empregadas técnicas de velocimetria por processamento de imagens de partículas em movimento (Particle Tracking Velocimetry - PTV). O trabalho está dividido em duas partes: 1) caracterização e contagem de microalgas e bactérias aquáticas em amostras e 2) medição da velocidade de movimentação das microalgas em lâminas de microscópio. A primeira parte envolve a aquisição e processamento digital de imagens de microalgas, a partir de um microscópio ótico, sua caracterização e determinação da densidade de cada espécie contida em amostras. Por meio de um microscópio epifluorescente, foi possível, ainda, acompanhar o crescimento de bactérias aquáticas e efetuar a sua medição por operadores morfológicos. A segunda parte constitui-se na medição da velocidade de movimentação de microalgas, cujo parâmetro pode ser utilizado como um indicador para se avaliar o efeito de substâncias tóxicas ou fatores de estresse sobre as microalgas. O trabalho em desenvolvimento contribuirá para o projeto "Produção do Camarão Marinho Penaeus Paulensis no Sul do Brasil: Cultivo em estruturas Alternativas" em andamento na Estação Marinha de Aquacultura - EMA e para pesquisas no Laboratório de Ecologia do Fitoplâncton e de Microorganismos Marinhos do Departamento de Oceanografia da FURG. O trabalho propõe a utilização dos níveis de intensidade da imagem em padrão RGB e oito grandezas geométricas como características para reconhecimento de padrões das microalgas O conjunto proposto de características das microalgas, do ponto de vista de grandezas geométricas e da cor (nível de intensidade da imagem e transformadas Fourier e Radon), levou à geração de indicadores que permitiram o reconhecimento de padrões. As redes neurais artificiais desenvolvidas com topologia de rede multinível totalmente conectada, supervisionada, e com algoritmo de retropropagação, atingiram as metas de erro máximo estipuladas entre os neurônios de saída desejados e os obtidos, permitindo a caracterização das microalgas.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2004. / Submitted by Gabriela Lima (gabrieladaduch@gmail.com) on 2018-03-20T16:33:46Z No. of bitstreams: 1 2004_JoséFabrizioPereiraSampaio.pdf: 4333735 bytes, checksum: 82853c5fb0e5336982dcfabf29966173 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline (jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2018-03-21T12:30:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2004_JoséFabrizioPereiraSampaio.pdf: 4333735 bytes, checksum: 82853c5fb0e5336982dcfabf29966173 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-21T12:30:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2004_JoséFabrizioPereiraSampaio.pdf: 4333735 bytes, checksum: 82853c5fb0e5336982dcfabf29966173 (MD5) / No presente trabalho é realizada a implementação de algoritmos e a avaliação de desempenho de sistemas misturadores no domínio da freqüência para a criptografia em nível tático de sinais de voz (scramblers). A comparação de desempenho é feita para o canal rádio móvel, onde ocorrem fenômenos físicos de degradação do sinal recebido. Para o estabelecimento das condições de contorno e avaliação de desempenho, foram implementados modelos lineares discretos variantes no tempo em MATLAB do comportamento dos canais rádio nas faixas de HF, VHF e UHF. Para uma compreensão dos modelos, foi realizada inicialmente uma revisão dos conceitos envolvidos na caracterização do canal rádio móvel, particularizando os mesmos até o caso de uso consagrado do canal WSSUS (Wide Sense Stationary Uncorrelated Scattering). Com as definições pertinentes ao modelo geral, foram utilizados modelos particulares baseados na técnica de geração de números aleatórios denominada Método de Monte-Carlo. Foram implementados misturadores espectrais utilizando a Transformada Discreta de Fourier (DFT-Discrete Fourier Trcmsform), a Transformada Discreta de Cossenos (DCT-Discrete Cosine Trcmsform), a Transformada Discreta de Senos (DST-Discrete Sine Transform) e a Transformada Modulada com Superposição (MLT-Modulated Lapped Trcmsform). A avaliação de desempenho foi baseada em simulações em MATLAB utilizando medidas objetivas consagradas de comparação, tais como a distância de Itakura, EMBSD (Enhanced Modified Bark Spectral Distortion) e SSNR (Segmentai Spectral Signal do Noise Ratio). Uma série de resultados de simulação foram obtidos com os diversos scramblers implementados em MATLAB. Nesses resultados foram utilizadas as transformadas DFT, DCT, DST e MLT, com troca dinâmica de permutações no tempo e com ajuste da largura de banda a ser permutada dentro da faixa de passagem do canal rádio. Por fim, as medidas objetivas computadas na avaliação de desempenho foram utilizadas para avaliar a distância entre os sinais originais e os sinais distorcidos. Nesse processo foram levados em consideração a sensibilidade do algoritmo com respeito à transformada ortogonal utilizada. O confronto dos resultados objetivos mostrou que, para os critérios adotados, a Transformada de Cossenos Discreta (DCT) apresentou o melhor desempenho. / The algorithms implementation and the system performance evaluation for frequency domain scramblers applied to tactical speech cryptography are accomplished in this work. A performance comparison is made concerned to the mobile radio channel where physical phenomena degrade received signal. In order to define boundary conditions and the performance evaluation itself, MATLAB linear time variant discrete models of radio channel behavior were developed for HF, VHF and UHF bands. A review of the concepts related to the mobile radio channel characterization was initially made to improve the model comprehension and then narrowing the models until the well known WSSUS (Wide Sense Stationary Uncorrelated Scattering) channel model. After grabbing the general model definitions, specific models were adopted based on the random number generation technique called Monte-Carlo method. Some spectral scramblers were implemented based on the Discrete Fourier Transform (DFT), the Discrete Cosine Transform (DCT), the Discrete Sine Transform (DST) and the Modulated Lapped Transform (MLT). The performance evaluation was based on MATLAB simulations using known performance objective measures, as the Itakura distance, EMBSD (Enhanced Modified Bark Spectral Distortion) and SSNR (Segmental Spectral Signal do Noise Ratio). Several simulation results were taken using the scramblers implemented in MATLAB language. To reach these results, the DFT, DCT, DST and MLT were applied with rolling code encryption dynamic scrambling and bandwidth adjustment for the bands to be mixed within the radio channel bandwidth. At last, the objective measures computed during performance evaluation were used to evaluate the distance between original and distorted signals. The algorithm sensibility related to the employed orthogonal transform were taken account in the distance evaluation. The objective result comparison showed that, according to the adopted criterions, the Discrete Cosine Transform (DCT) revealed the better performance.

A confiabilidade de sistemas de processamento digital de sinais é, entre tantos fatores, diretamente proporcional à confiabilidade dos conversores analógico-digitais neles presentes para serem usados como interface com o mundo real. Este trabalho propõe um método novo de teste de conversores analógico-digitais baseado em ruído. O método proposto possibilita a detecção de falhas nos conversores em teste. Além disto, a técnica proposta é capaz de estimar simultaneamente características estáticas e dinâmicas tornando-se, portanto, inovador em relação aos demais métodos presentes na literatura. A proposta, a simulação e a implementação do método são apresentadas ao longo desta dissertação. A comparação dos resultados obtidos com um método padrão de teste de ADCs, o método do histograma, comprovam a eficácia do método.