Scalable and efficient data processing in networked control systems

Network control systems (NCSs) are spatially distributed systems in which the communication between sensors, actuators and controllers occurs through a shared band-limited digital communication network. However, the use of a shared communication network, in contrast to using several dedicated independent connections, introduces new challenges which are even more acute in large scale and dense networked control systems. In this paper we investigate a recently introduced technique of gathering information from a dense sensor network to be used in networked control applications. Obtaining efficiently an approximate interpolation of the sensed data is exploited as offering a good tradeoff between accuracy in the measurement of the input signals and the delay to the actuation. These are important aspects to take into account for the quality of control. We introduce a variation to the state-of-the-art algorithms which we prove to perform relatively better because it takes into account the changes over time of the input signal within the process of obtaining an approximate interpolation.

Elements of scalable data processing

Cooperating objects (COs) is a recently coined term used to signify the convergence of classical embedded computer systems, wireless sensor networks and robotics and control. We present essential elements of a reference architecture for scalable data processing for the CO paradigm.

Aquisição e Processamento de Imagens de Microscopia em Balística Forense

As novas tecnologias aplicadas ao processamento de imagem e reconhecimento de padrões têm sido alvo de um grande progresso nas últimas décadas. A sua aplicação é transversal a diversas áreas da ciência, nomeadamente a área da balística forense. O estudo de evidências (invólucros e projeteis) encontradas numa cena de crime, recorrendo a técnicas de processamento e análise de imagem, é pertinente pelo facto de, aquando do disparo, as armas de fogo imprimirem marcas únicas nos invólucros e projéteis deflagrados, permitindo relacionar evidências deflagradas pela mesma arma. A comparação manual de evidências encontradas numa cena de crime com evidências presentes numa base de dados, em termos de parâmetros visuais, constitui uma abordagem demorada. No âmbito deste trabalho pretendeu-se desenvolver técnicas automáticas de processamento e análise de imagens de evidências, obtidas através do microscópio ótico de comparação, tendo por base algoritmos computacionais. Estes foram desenvolvidos com recurso a pacotes de bibliotecas e a ferramentas open-source. Para a aquisição das imagens de evidências balísticas foram definidas quatro modalidades de aquisição: modalidade Planar, Multifocus, Microscan e Multiscan. As imagens obtidas foram aplicados algoritmos de processamento especialmente desenvolvidos para o efeito. A aplicação dos algoritmos de processamento permite a segmentação de imagem, a extração de características e o alinhamento de imagem. Este último tem como finalidade correlacionar as evidências e obter um valor quantitativo (métrica), indicando o quão similar essas evidências são. Com base no trabalho desenvolvido e nos resultados obtidos, foram definidos protocolos de aquisição de imagens de microscopia, que possibilitam a aquisição de imagens das regiões passiveis de serem estudadas, assim como algoritmos que permitem automatizar o posterior processo de alinhamento de imagens de evidências, constituindo uma vantagem em relação ao processo de comparação manual.

Software development for estimation of optical clearing agent’s diffusion coefficients in biological tissues

The study of chemical diffusion in biological tissues is a research field of high importance and with application in many clinical, research and industrial areas. The evaluation of diffusion and viscosity properties of chemicals in tissues is necessary to characterize treatments or inclusion of preservatives in tissues or organs for low temperature conservation. Recently, we have demonstrated experimentally that the diffusion properties and dynamic viscosity of sugars and alcohols can be evaluated from optical measurements. Our studies were performed in skeletal muscle, but our results have revealed that the same methodology can be used with other tissues and different chemicals. Considering the significant number of studies that can be made with this method, it becomes necessary to turn data processing and calculation easier. With this objective, we have developed a software application that integrates all processing and calculations, turning the researcher work easier and faster. Using the same experimental data that previously was used to estimate the diffusion and viscosity of glucose in skeletal muscle, we have repeated the calculations with the new application. Comparing between the results obtained with the new application and with previous independent routines we have demonstrated great similarity and consequently validated the application. This new tool is now available to be used in similar research to obtain the diffusion properties of other chemicals in different tissues or organs.

Projecto de implementação RFID na empresa ATEC

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Clustering de dados biomédicos com algoritmos baseados em critérios entrópicos

A procura de padrões nos dados de modo a formar grupos é conhecida como aglomeração de dados ou clustering, sendo uma das tarefas mais realizadas em mineração de dados e reconhecimento de padrões. Nesta dissertação é abordado o conceito de entropia e são usados algoritmos com critérios entrópicos para fazer clustering em dados biomédicos. O uso da entropia para efetuar clustering é relativamente recente e surge numa tentativa da utilização da capacidade que a entropia possui de extrair da distribuição dos dados informação de ordem superior, para usá-la como o critério na formação de grupos (clusters) ou então para complementar/melhorar algoritmos existentes, numa busca de obtenção de melhores resultados. Alguns trabalhos envolvendo o uso de algoritmos baseados em critérios entrópicos demonstraram resultados positivos na análise de dados reais. Neste trabalho, exploraram-se alguns algoritmos baseados em critérios entrópicos e a sua aplicabilidade a dados biomédicos, numa tentativa de avaliar a adequação destes algoritmos a este tipo de dados. Os resultados dos algoritmos testados são comparados com os obtidos por outros algoritmos mais “convencionais" como o k-médias, os algoritmos de spectral clustering e um algoritmo baseado em densidade.

Tradutor da língua gestual portuguesa modelo de tradução bidireccional

O projeto tem como objetivo desenvolver e avaliar um modelo que facilita o acesso para pessoas surdas ou com deficiência auditiva, o acesso ao conteúdo digital - em particular o conteúdo educacional e objetos de aprendizagem – a criação de condições para uma maior inclusão social de surdos e deficientes auditivos. Pretende-se criar um modelo bidirecional, em que permite a pessoas com deficiências auditivas, possam se comunicar com outras pessoas, com a tradução da Língua Gestual Portuguesa (LGP) para a Língua Portuguesa (LP) e que outras pessoas não portadoras de qualquer deficiência auditiva possam por sua vez comunicar com os surdos ou deficientes auditivos através da tradução da LP para a LGP. Há um conjunto de técnicas que poderíamos nos apoiar para desenvolver o modelo e implementar a API de tradução da LGP em LP. Muitos estudos são feitos com base nos modelos escondidos de Markov (HMM) para efetuar o reconhecimento. Recentemente os estudos estão a caminhar para o uso de técnicas como o “Dynamic Time Warping” (DTW), que tem tido mais sucesso do que outras técnicas em termos de performance e de precisão. Neste projeto optamos por desenvolver a API e o Modelo, com base na técnica de aprendizagem Support Vector Machines (SVM) por ser uma técnica simples de implementar e com bons resultados demonstrados em reconhecimento de padrões. Os resultados obtidos utilizando esta técnica de aprendizagem foram bastante ótimos, como iremos descrever no decorrer do capítulo 4, mesmo sabendo que utilizamos dois dispositivos para capturar dados de descrição de cada gesto. Toda esta tese integra-se no âmbito do projeto científico/ investigação a decorrer no grupo de investigação GILT, sob a coordenação da professora Paula Escudeiro e suportado pela Fundação para Ciência e Tecnologia (FCT).

Distributed Forest Fire Monitoring Using Wireless Sensor Networks

Disaster management is one of the most relevant application fields of wireless sensor networks. In this application, the role of the sensor network usually consists of obtaining a representation or a model of a physical phenomenon spreading through the affected area. In this work we focus on forest firefighting operations, proposing three fully distributed ways for approximating the actual shape of the fire. In the simplest approach, a circular burnt area is assumed around each node that has detected the fire and the union of these circles gives the overall fire’s shape. However, as this approach makes an intensive use of the wireless sensor network resources, we have proposed to incorporate two in-network aggregation techniques, which do not require considering the complete set of fire detections. The first technique models the fire by means of a complex shape composed of multiple convex hulls representing different burning areas, while the second technique uses a set of arbitrary polygons. Performance evaluation of realistic fire models on computer simulations reveals that the method based on arbitrary polygons obtains an improvement of 20% in terms of accuracy of the fire shape approximation, reducing the overhead in-network resources to 10% in the best case.

A microscope for the data center

Nowadays, data centers are large energy consumers and the trend for next years is expected to increase further, considering the growth in the order of cloud services. A large portion of this power consumption is due to the control of physical parameters of the data center (such as temperature and humidity). However, these physical parameters are tightly coupled with computations, and even more so in upcoming data centers, where the location of workloads can vary substantially due, for example, to workloads being moved in the cloud infrastructure hosted in the data center. Therefore, managing the physical and compute infrastructure of a large data center is an embodiment of a Cyber-Physical System (CPS). In this paper, we describe a data collection and distribution architecture that enables gathering physical parameters of a large data center at a very high temporal and spatial resolution of the sensor measurements. We think this is an important characteristic to enable more accurate heat-flow models of the data center and with them, find opportunities to optimize energy consumptions. Having a high-resolution picture of the data center conditions, also enables minimizing local hot-spots, perform more accurate predictive maintenance (failures in all infrastructure equipments can be more promptly detected) and more accurate billing. We detail this architecture and define the structure of the underlying messaging system that is used to collect and distribute the data. Finally, we show the results of a preliminary study of a typical data center radio environment.

Structured Light System Calibration for Perception in Underwater Tanks

The process of visually exploring underwater environments is still a complex problem. Underwater vision systems require complementary means of sensor information to help overcome water disturbances. This work proposes the development of calibration methods for a structured light based system consisting on a camera and a laser with a line beam. Two different calibration procedures that require only two images from different viewpoints were developed and tested in dry and underwater environments. Results obtained show, an accurate calibration for the camera/projector pair with errors close to 1 mm even in the presence of a small stereos baseline.