Implementação em hardware de uma Rede Neuronal com ummicroprocessador embebido em FPGA

O objectivo deste trabalho é a implementação em hardware de uma Rede Neuronal com um microprocessador embebido, podendo ser um recurso valioso em várias áreas científicas. A importância das implementações em hardware deve-se à flexibilidade, maior desempenho e baixo consumo de energia. Para esta implementação foi utilizado o dispositivo FPGA Virtex II Pro XC2VP30 com um MicroBlaze soft core, da Xilinx. O MicroBlaze tem vantagens como a simplicidade no design, sua reutilização e fácil integração com outras tecnologias. A primeira fase do trabalho consistiu num estudo sobre o FPGA, um sistema reconfigurável que possui características importantes como a capacidade de executar em paralelo tarefas complexas. Em seguida, desenvolveu-se o código de implementação de uma Rede Neuronal Artificial baseado numa linguagem de programação de alto nível. Na implementação da Rede Neuronal aplicou-se, na camada escondida, a função de activação tangente hiperbólica, que serve para fornecer a não linearidade à Rede Neuronal. A implementação é feita usando um tipo de Rede Neuronal que permite apenas ligações no sentido de saída, chamado Redes Neuronais sem realimentação (do Inglês Feedforward Neural Networks - FNN). Como as Redes Neuronais Artificiais são sistemas de processamento de informações, e as suas características são comuns às Redes Neuronais Biológicas, aplicaram-se testes na implementação em hardware e analisou-se a sua importância, a sua eficiência e o seu desempenho. E finalmente, diante dos resultados, fez-se uma análise de abordagem e metodologia adoptada e sua viabilidade.

Remote presence: supporting deictic gestures through a handheld multi-touch device

This thesis argues on the possibility of supporting deictic gestures through handheld multi-touch devices in remote presentation scenarios. In [1], Clark distinguishes indicative techniques of placing-for and directing-to, where placing-for refers to placing a referent into the addressee’s attention, and directing-to refers to directing the addressee’s attention towards a referent. Keynote, PowerPoint, FuzeMeeting and others support placing-for efficiently with slide transitions, and animations, but support limited to none directing-to. The traditional “pointing feature” present in some presentation tools comes as a virtual laser pointer or mouse cursor. [12, 13] have shown that the mouse cursor and laser pointer offer very little informational expressiveness and do not do justice to human communicative gestures. In this project, a prototype application was implemented for the iPad in order to explore, develop, and test the concept of pointing in remote presentations. The prototype offers visualizing and navigating the slides as well as “pointing” and zooming. To further investigate the problem and possible solutions, a theoretical framework was designed representing the relationships between the presenter’s intention and gesture and the resulting visual effect (cursor) that enables the audience members to interpret the meaning of the effect and the presenter’s intention. Two studies were performed to investigate people’s appreciation of different ways of presenting remotely. An initial qualitative study was performed at The Hague, followed by an online quantitative user experiment. The results indicate that subjects found pointing to be helpful in understanding and concentrating, while the detached video feed of the presenter was considered to be distracting. The positive qualities of having the video feed were the emotion and social presence that it adds to the presentations. For a number of subjects, pointing displayed some of the same social and personal qualities [2] that video affords, while less intensified. The combination of pointing and video proved to be successful with 10-out-of-19 subjects scoring it the highest while pointing example came at a close 8-out-of-19. Video was the least preferred with only one subject preferring it. We suggest that the research performed here could provide a basis for future research and possibly be applied in a variety of distributed collaborative settings.

Sincronização de múltiplas câmaras e controlo de iluminação sobre uma plataforma FPGA

O objetivo deste projeto foi o de realizar a sincronização de pelo menos quatro câmaras individuais, ajustando dinamicamente o frame rate de operação de cada câmara, tendo por base a família de sensores de imagem CMOS NanEye da empresa Awaiba, numa plataforma FPGA com interface USB3. Durante o projeto analisou-se, com a assistência de um supervisor da Awaiba, o sistema core de captura de imagem existente, baseado em VHDL. Foi estudado e compreendido o princípio do ajuste dinâmico do frame rate das câmaras. Tendo sido então desenvolvido o módulo de controlo da câmara, em VHDL, e um algoritmo de ajuste dinâmico do frame rate, sendo este implementado junto com a plataforma de processamento e interface da FPGA. Foi criado um módulo para efetuar a monitorização da frequência de operação de cada câmara, medindo o período de cada linha numa frame, tendo por base um sinal de relógio de valor conhecido. A frequência é ajustada variando o nível de tensão aplicado ao sensor com base no erro entre o período da linha medido e o período pretendido. Para garantir o funcionamento conjunto de múltiplas câmaras em modo síncrono foi implementada uma interface Master-Slave entre estas. Paralelamente ao módulo anteriormente descrito, implementou-se um sistema de controlo automático de iluminação com base na análise de regiões de interesse em cada frame captada por uma câmara NanEye. A intensidade de corrente aplicada às fontes de iluminação acopladas à câmara é controlada dinamicamente com base no nível de saturação dos pixéis analisados em cada frame. Foram desenvolvidas e implementadas variantes do algoritmo de controlo e o seu desempenho foi avaliado em laboratório. Os resultados obtidos na prática evidenciam que a solução implementada cumpre os requisitos de controlo e ajuste da frequência de operação de múltiplas câmaras. Mostrou ser um método de controlo capaz de manter um erro de sincronização médio de 3,77 μs mesmo na presença de variações de temperatura de aproximadamente 50 °C. Foi também demonstrado que o sistema de controlo de iluminação é capaz de proporcionar uma experiência de visualização adequada, alcançando erros menores que 3% e uma velocidade de ajuste máxima inferior a 1 s.