Hand gesture recognition system based in computer vision and machine learning : applications on human-machine interaction

Sendo uma forma natural de interação homem-máquina, o reconhecimento de gestos implica uma forte componente de investigação em áreas como a visão por computador e a aprendizagem computacional. O reconhecimento gestual é uma área com aplicações muito diversas, fornecendo aos utilizadores uma forma mais natural e mais simples de comunicar com sistemas baseados em computador, sem a necessidade de utilização de dispositivos extras. Assim, o objectivo principal da investigação na área de reconhecimento de gestos aplicada à interacção homemmáquina é o da criação de sistemas, que possam identificar gestos específicos e usálos para transmitir informações ou para controlar dispositivos. Para isso as interfaces baseados em visão para o reconhecimento de gestos, necessitam de detectar a mão de forma rápida e robusta e de serem capazes de efetuar o reconhecimento de gestos em tempo real. Hoje em dia, os sistemas de reconhecimento de gestos baseados em visão são capazes de trabalhar com soluções específicas, construídos para resolver um determinado problema e configurados para trabalhar de uma forma particular. Este projeto de investigação estudou e implementou soluções, suficientemente genéricas, com o recurso a algoritmos de aprendizagem computacional, permitindo a sua aplicação num conjunto alargado de sistemas de interface homem-máquina, para reconhecimento de gestos em tempo real. A solução proposta, Gesture Learning Module Architecture (GeLMA), permite de forma simples definir um conjunto de comandos que pode ser baseado em gestos estáticos e dinâmicos e que pode ser facilmente integrado e configurado para ser utilizado numa série de aplicações. É um sistema de baixo custo e fácil de treinar e usar, e uma vez que é construído unicamente com bibliotecas de código. As experiências realizadas permitiram mostrar que o sistema atingiu uma precisão de 99,2% em termos de reconhecimento de gestos estáticos e uma precisão média de 93,7% em termos de reconhecimento de gestos dinâmicos. Para validar a solução proposta, foram implementados dois sistemas completos. O primeiro é um sistema em tempo real capaz de ajudar um árbitro a arbitrar um jogo de futebol robótico. A solução proposta combina um sistema de reconhecimento de gestos baseada em visão com a definição de uma linguagem formal, o CommLang Referee, à qual demos a designação de Referee Command Language Interface System (ReCLIS). O sistema identifica os comandos baseados num conjunto de gestos estáticos e dinâmicos executados pelo árbitro, sendo este posteriormente enviado para um interface de computador que transmite a respectiva informação para os robôs. O segundo é um sistema em tempo real capaz de interpretar um subconjunto da Linguagem Gestual Portuguesa. As experiências demonstraram que o sistema foi capaz de reconhecer as vogais em tempo real de forma fiável. Embora a solução implementada apenas tenha sido treinada para reconhecer as cinco vogais, o sistema é facilmente extensível para reconhecer o resto do alfabeto. As experiências também permitiram mostrar que a base dos sistemas de interação baseados em visão pode ser a mesma para todas as aplicações e, deste modo facilitar a sua implementação. A solução proposta tem ainda a vantagem de ser suficientemente genérica e uma base sólida para o desenvolvimento de sistemas baseados em reconhecimento gestual que podem ser facilmente integrados com qualquer aplicação de interface homem-máquina. A linguagem formal de definição da interface pode ser redefinida e o sistema pode ser facilmente configurado e treinado com um conjunto de gestos diferentes de forma a serem integrados na solução final.

Real-time fault injection using enhanced on-chip debug infrastructures

The rapid increase in the use of microprocessor-based systems in critical areas, where failures imply risks to human lives, to the environment or to expensive equipment, significantly increased the need for dependable systems, able to detect, tolerate and eventually correct faults. The verification and validation of such systems is frequently performed via fault injection, using various forms and techniques. However, as electronic devices get smaller and more complex, controllability and observability issues, and sometimes real time constraints, make it harder to apply most conventional fault injection techniques. This paper proposes a fault injection environment and a scalable methodology to assist the execution of real-time fault injection campaigns, providing enhanced performance and capabilities. Our proposed solutions are based on the use of common and customized on-chip debug (OCD) mechanisms, present in many modern electronic devices, with the main objective of enabling the insertion of faults in microprocessor memory elements with minimum delay and intrusiveness. Different configurations were implemented starting from basic Components Off-The-Shelf (COTS) microprocessors, equipped with real-time OCD infrastructures, to improved solutions based on modified interfaces, and dedicated OCD circuitry that enhance fault injection capabilities and performance. All methodologies and configurations were evaluated and compared concerning performance gain and silicon overhead.

Real time manufacturing systems simulator

A área da simulação computacional teve um rápido crescimento desde o seu apareciment, sendo actualmente uma das ciências de gestão e de investigação operacional mais utilizadas. O seu princípio baseia-se na replicação da operação de processos ou sistemas ao longo de períodos de tempo, tornando-se assim uma metodologia indispensável para a resolução de variados problemas do mundo real, independentemente da sua complexidade. Das inúmeras áreas de aplicação, nos mais diversos campos, a que mais se destaca é a utilização em sistemas de produção, onde o leque de aplicações disponível é muito vasto. A sua aplicação tem vindo a ser utilizada para solucionar problemas em sistemas de produção, uma vez que permite às empresas ajustar e planear de uma maneira rápida, eficaz e ponderada as suas operações e os seus sistemas, permitindo assim uma rápida adaptação das mesmas às constantes mudanças das necessidades da economia global. As aplicações e packages de simulação têm seguindo as tendências tecnológicas pelo que é notório o recurso a tecnologias orientadas a objectos para o desenvolvimento das mesmas. Este estudo baseou-se, numa primeira fase, na recolha de informação de suporte aos conceitos de modelação e simulação, bem como a respectiva aplicação a sistemas de produção em tempo real. Posteriormente centralizou-se no desenvolvimento de um protótipo de uma aplicação de simulação de ambientes de fabrico em tempo real. O desenvolvimento desta ferramenta teve em vista eventuais fins pedagógicos e uma utilização a nível académico, sendo esta capaz de simular um modelo de um sistema de produção, estando também dotada de animação. Sem deixar de parte a possibilidade de integração de outros módulos ou, até mesmo, em outras plataformas, houve ainda a preocupação acrescida de que a sua implementação recorresse a metodologias de desenvolvimento orientadas a objectos.

Deslocalização de empresas num contexto de globalização: estudo de caso de uma empresa portuguesa

Dissertação apresentada ao Instituto Superior de Contabilidade e Administração do Porto para a obtenção do Grau de Mestre em Empreendedorismo e Internacionalização Orientador: Professor Doutor José de Freitas Santos

A framework for fault tolerant real time systems based on reconfigurable FPGAs

To increase the amount of logic available to the users in SRAM-based FPGAs, manufacturers are using nanometric technologies to boost logic density and reduce costs, making its use more attractive. However, these technological improvements also make FPGAs particularly vulnerable to configuration memory bit-flips caused by power fluctuations, strong electromagnetic fields and radiation. This issue is particularly sensitive because of the increasing amount of configuration memory cells needed to define their functionality. A short survey of the most recent publications is presented to support the options assumed during the definition of a framework for implementing circuits immune to bit-flips induction mechanisms in memory cells, based on a customized redundant infrastructure and on a detection-and-fix controller.

A modified debugging infrastructure to assist real time fault injection campaigns

Fault injection is frequently used for the verification and validation of the fault tolerant features of microprocessors. This paper proposes the modification of a common on-chip debugging (OCD) infrastructure to add fault injection capabilities and improve performance. The proposed solution imposes a very low logic overhead and provides a flexible and efficient mechanism for the execution of fault injection campaigns, being applicable to different target system architectures.

A self-healing real-time system based on run-time self-reconfiguration

The new generations of SRAM-based FPGA (field programmable gate array) devices are the preferred choice for the implementation of reconfigurable computing platforms intended to accelerate processing in real-time systems. However, FPGA's vulnerability to hard and soft errors is a major weakness to robust configurable system design. In this paper, a novel built-in self-healing (BISH) methodology, based on run-time self-reconfiguration, is proposed. A soft microprocessor core implemented in the FPGA is responsible for the management and execution of all the BISH procedures. Fault detection and diagnosis is followed by repairing actions, taking advantage of the dynamic reconfiguration features offered by new FPGA families. Meanwhile, modular redundancy assures that the system still works correctly

Avaliação do desempenho energético de um grande edifício de serviços existente

Nesta dissertação pretende-se caracterizar o desempenho energético de um grande edifício de serviços existente, da tipologia ensino, avaliar e identificar potenciais medidas que melhorem aquele desempenho, permitindo, em complemento, determinar a sua classificação energética no âmbito da legislação vigente. A pertinência do estudo prende-se com a avaliação do desempenho energético dos edifícios e com o estudo de medidas de melhoria que permitam incrementar a eficiência energética, por recurso a um programa de simulação energética dinâmica certificado – DesignBuilder e tendo em conta a regulamentação portuguesa em vigor. Inicialmente procedeu-se à modelação do edifício com recurso ao programa DesignBuilder, e, simultaneamente, realizou-se um levantamento de todas as suas características ao nível de geometria, pormenores construtivos, sistemas AVAC e de iluminação e fontes de energia utilizadas. Com vista à caracterização do modo de operação do edifício, foi realizado um levantamento dos perfis reais de utilização em termos de ocupação, iluminação e equipamentos para os vários espaços. Foram realizadas medições de caudais de ar novo e da temperatura do ar, em alguns equipamentos e alguns espaços específicos. Foram realizadas medições em tempo real e leituras de contagens da energia eléctrica utilizada, quer em período de aulas quer em período de férias, que permitiram a desagregação das facturas da energia eléctrica que se apresentam globais para o campus do ISEP. Foram realizadas leituras de contagens de gás natural. Em sequência, foi realizada a simulação energética dinâmica com o intuito de ajustar o modelo criado aos consumos reais e de analisar medidas de melhoria que lhe conferissem um melhor desempenho energético. Essas medidas são agrupadas em quatro tipos: - Medidas de natureza comportamental; - Medidas de melhoria da eficiência energética nos sistemas de iluminação; - Medidas de melhoria de eficiência energética nos sistemas AVAC;- Medidas que visam a introdução de energias de fonte renovável; Em sequência, foi elaborada a simulação nominal e calculados os indicadores de eficiência energética com vista à respectiva classificação energética do edifício, tendo o edifício apresentado uma Classe Energética D de acordo com a escala do SCE. Finalmente, foi avaliado o impacto das diferentes medidas de melhoria identificadas e com potencial de aplicação, isto é, que apresentaram um retorno simples do investimento inferior a oito anos, tanto ao nível do desempenho energético real do edifício, como ao nível da sua classificação energética. De onde se concluiu que existe um potencial de 7% de redução nos consumos energéticos actuais do edifício e de 18% se o funcionamento do edifício for em pleno, ou seja, se todos os seus sistemas estiverem efectivamente em funcionamento, e que terá impacto na classificação energética alcançado uma Classe Energética C.

Adaptação para a população Portuguesa da escala de avaliação Trunk Impairment Scale (TIS)

Para uma melhor avaliação e definição do plano de intervenção do indivíduo, é cada vez mais importante a existência instrumentos de avaliação válidos e fiáveis para a população portuguesa. Objetivo: Traduzir e adaptar para a população Portuguesa a escala Trunk Impairment Scale (TIS) em pacientes pós-AVE, e avaliar as propriedades psicométricas da mesma. Metodologia: A TIS foi traduzida para o Português e adaptada culturalmente para a população portuguesa. As propriedades psicométricas da mesma, incluindo validade, fiabilidade, concordância inter-observadores, consistência interna, sensibilidade, especificidade, poder de resposta, foram avaliadas numa população diagnosticada com AVE e num grupo de controlo de participantes saudáveis. Participaram neste estudo 80 indivíduos, divididos em dois grupos, nomeadamente indivíduos pós-AVE (40) e um grupo sem patologia (40). Os participantes foram submetidos à aplicação das escalas de Berg, Medida de Independência Funcional e Escala de Desempenho Físico Fugl Meyer e a TIS de modo a avaliar as propriedades psicométricas desta. As avaliações foram realizadas por duas fisioterapeutas experientes e o re-teste foi realizado após 48 horas. Os dados foram registados e trabalhados com o programa informático SPSS 21.0. Resultados: Relativamente aos valores obtidos, verificou-se que, quanto à consistência interna da TIS estes apresentam-se de forma moderada a elevada (alfa Cronbach = 0,909). Quanto à fiabilidade inter-observadores, os itens com menor valor são os itens 1 e 4 (0,759 e 0,527, respetivamente) e os itens com valor de Kappa mais alto são os itens 5 e 6 (0,830 e 0,893, respetivamente). Relativamente à validade de critério, verificou-se que não houve correlação entre a escala de Desempenho Físico Fugl-Meyer, a escala de Equilibrio de Berg e a Medida de Independência Funcional, ou seja, os valores obtidos r=0,166; r=0,017; r= -0,002, respetivamente. Quanto à validade de construção, constatou-se que o valor da mediana é mais elevado nos itens 1 a 5, logo sugere que haja diferenças entre o grupo de indivíduos pós-AVE e o grupo de indivíduos saudáveis (p<0,001). Entre os outros dois itens (6 e 7) não foram encontradas diferenças nas respostas nos dois grupos, sendo o valor de p > 0,001. Conclusão: Os resultados obtidos neste estudo sugerem que a versão portuguesa da TIS apresenta bons níveis de fiabilidade, consistência interna e também apresenta bons resultados no que refere à concordância inter-observadores.

Pensar o ensino do fagote hoje: contributo para um catálogo de música portuguesa

Este estudo destina-se à obtenção do Estatuto de Especialista na Escola Superior de Música, Artes do Instituto Politécnico do Porto. Constitui objectivo principal tratar a música portuguesa para fagote, levando uma série de compositores portugueses da actualidade a escrever para o mesmo. Pretende-se, com isto, abordar as mais variadas correntes estéticas e musicais que circulam no país, assim como agilizar um catálogo editorial de repertório nacional para o instrumento. A história do fagote remonta ao século XVI, evoluindo ao longo do percurso da história da música, ganhando notoriedade não só no que respeita à sua constituição organológica, mas também pelo papel solístico e concertístico conquistado. O projecto que iremos apresentar, teve início em 2008 e ainda se encontra em pleno desenvolvimento, tendo a pretensão de realizar doutoramento, ainda sobre esta temática. Ao longo da actividade docente, tenho vindo assistir a uma crescente preocupação e debate nos meios educativos sobre música. O ensino artístico tem vindo a abordar diversas questões que vão desde a história e organização do ensino vocacional em Portugal à prática pedagógica e os demais currículos em vigor. Tal facto despertou em nós uma curiosidade sobre os motivos para ausência de uma escola de fagote em Portugal, bem como a evolução das políticas educativas e de aprendizagem do instrumento. Também na qualidade de instrumentista, várias tem sido as dificuldades para aquisição/interpretação de partituras para fagote que possam colmatar a prática pedagógica, académica e performativa, em grande medida motivadas pela falta de uma estruturação curricular sólida e eficaz como iremos debater no capítulo dedicado ao currículo, ponto I do presente trabalho. Partituras para o referido instrumento são escassas e não remetam o intérprete para um repertório português devidamente documentado e que possa integrar os currículos nacionais, ou até mesmo o plano internacional. As condições para realização deste projecto surgiram da realização de uma dissertação de Mestrado em Interpretação Artística, e da ansiedade de ver circular um repertório nacional. No âmbito da performance musical e enquanto profissional do instrumento, temos desenvolvido uma actividade regular, nomeadamente em música de câmara portuguesa, que a seu tempo se veio a revelar extremamente deficitária no plano de um repertório erudito português, sem já questionarmos que programa musical vigorou ao longo de varias décadas para a disciplina do instrumento então já existentes desde 1835. No entanto, reconhecemos um amplo e notável investimento na investigação, estudos e publicações de natureza científico-artística, retirando do anonimato compositores, obras e espólios de vários autores portugueses, e a seu tempo, com a formação continua dos estudos de 2º ciclo há já uma preocupação assistida sobre o ensino da música em Portugal, tomemos como exemplo o estudo de Carlos Gomes, Contributos para o estudo do ensino especializado em Portugal e de Alexei Iria O ensino da Música em Portugal – desde 25 de Abril de 1974, ou até mesmo o Estudo de Avaliação do Ensino Artístico – Relatório Final Revisto, fevereiro de 2007. Assim, recrutamos um conjunto de obras musicais, produzidas por: Sérgio Azevedo, Telmo Marques, Jean François Lezé, Fernando Lapa, Carlos Azevedo e José Luís Ferreira, privilegiando e promovendo a diversidade da linguagem musical que caracteriza cada um dos convidados, lembrando desde já que encontra em processo de finalização uma obra de Alexandre Delgado, Daniel Moreira, Paulo Perfeito, Pedro Faria Gomes e Luís Tinoco. Do convite formalizado a uma vasto número de compositores, pensamos haver reunido as condições essenciais tratar este tema, dado que também os compositores se sentiram motivados pela escrita para o fagote, sabendo que o produto que daí surgisse iria ter um intérprete e uma edição musical já no mercado. O objectivo final deste projecto será editar um disco com todas as obras reunidas, dado das já por mim interpretadas se encontram editadas e em circulação, integrando não só programas académicos, mas também concursos nacionais, cite-se: Concurso Terras de LASalete (nível médio e superior) e Prémio Jovens Músicos, nível Superior (2012). Os compositores por mim escolhidos, reflectem não só uma aproximação pessoal e musical, mas também uma observação de conceitos estéticos, estilísticos, técnicos e métodos utilizados pelos compositores, não dissociados claro do acto performativo. Ao enunciarmos a performance musical esta pressupõe a interpretação, um dos objectos de estudo no presente trabalho, o mesmo é dizer que actividade performativa no domínio da arte musical, implica uma personificação do intérprete. Este trabalho pretende-se elaborar uma resenha das obras e explorar dois aspectos que parecem pertinentes neste tipo de repertório: por um lado, a relação indispensável entre o intérprete/compositor para a criação de um repertório para fagote, que como sabemos pouco o nenhum interesse tem revelado no decurso da história da música portuguesa, e por outro analisar os diferentes modos de nomenclatura musical empregues, estabelecendo pontos de conexão com a motivação, a criatividade, sem descorar o papel do público com o compositor e o acto performativo. Com a realização de um pequeno questionário, a cada um dos intervenientes, ambicionámos apurar e envolver os compositores na análise e no envolvimento directo com este projecto. 1- Qual ou qual a(s) preocupação principal que julga ter na composição para este instrumento (fagote)? 2- No seu trabalho preocupa-se em escrever para um público que se identifica com determinados padrões musicais, ou pelo contrário segue o seu, independentemente de qualquer reacção menos agradável? 3- O que considera ser uma escrita contemporânea? (Terá que ter efeitos, electrónica, instrumentações menos convencionais, ou pelo contrário, o escrever até em linguagem tonal sem qualquer destes efeitos pode ser considerado um meio deste mesmo “chavão”? 4- Qual o seu entendimento sobre o caminho e as várias direcções da música do nosso tempo? Pretendeu-se, com este questionário, explorar questões relacionadas com o processo de escrita para o instrumento e o conhecimento sobre as suas potencialidades, analisando seguidamente ausência de um catálogo em conformidade com os padrões musicais e o público em causa. Inserimos, ainda, uma entrevista gravada concedida por Pascal Gallois como testemunho para as peças de Luciano Berio e Pierre Boulez. Focamos ainda aspectos relacionados com a escrita contemporânea, para assim inserir, ou não, o compositor na música actual e o seu entendimento sobre o que poderá ser a música hoje, acreditando que o trabalho que vimos a desenvolver se insere em contexto académico, formativo e performativo no seio das principais escolas (Secundárias e Superiores de Música), inscrevendo neste contexto os conteúdos programáticos e organização curricular por nós elaborada e em vigor nas Escolas de Música do ensino vocacional artístico: Viana do castelo e Vale do Ave.

A lei de bases da economia social portuguesa: do projeto ao texto final

ISSN 1577-4430, com fator de impacto, calculado pelo IN-RECS (http://ec3.ugr.es/in-recj/ii/Derecho_Civil-2010.htm), Bases de dados de indexação: LATINDEX, DIALNET, ISOC, COMLUDOC e AGRIS]

Real Time Internet DGPS Service

The accuracy of the Navigation Satellite Timing and Ranging (NAVSTAR) Global Positioning System (GPS) measurements is insufficient for many outdoor navigation tasks. As a result, in the late nineties, a new methodology – the Differential GPS (DGPS) – was developed. The differential approach is based on the calculation and dissemination of the range errors of the GPS satellites received. GPS/DGPS receivers correlate the broadcasted GPS data with the DGPS corrections, granting users increased accuracy. DGPS data can be disseminated using terrestrial radio beacons, satellites and, more recently, the Internet. Our goal is to provide mobile platforms within our campus with DGPS data for precise outdoor navigation. To achieve this objective, we designed and implemented a three-tier client/server distributed system that establishes Internet links with remote DGPS sources and performs campus-wide dissemination of the obtained data. The Internet links are established between data servers connected to remote DGPS sources and the client, which is the data input module of the campus-wide DGPS data provider. The campus DGPS data provider allows the establishment of both Intranet and wireless links within the campus. This distributed system is expected to provide adequate support for accurate (submetric) outdoor navigation tasks.

Beliefs and Conflicts in a Real World Multi-Agent System

In a real world multiagent system, where the agents are faced with partial, incomplete and intrinsically dynamic knowledge, conflicts are inevitable. Frequently, different agents have goals or beliefs that cannot hold simultaneously. Conflict resolution methodologies have to be adopted to overcome such undesirable occurrences. In this paper we investigate the application of distributed belief revision techniques as the support for conflict resolution in the analysis of the validity of the candidate beams to be produced in the CERN particle accelerators. This CERN multiagent system contains a higher hierarchy agent, the Specialist agent, which makes use of meta-knowledge (on how the con- flicting beliefs have been produced by the other agents) in order to detect which beliefs should be abandoned. Upon solving a conflict, the Specialist instructs the involved agents to revise their beliefs accordingly. Conflicts in the problem domain are mapped into conflicting beliefs of the distributed belief revision system, where they can be handled by proven formal methods. This technique builds on well established concepts and combines them in a new way to solve important problems. We find this approach generally applicable in several domains.