New Methods for Triangulation-based Shape Acquisition using Laser Scanners

Tradicionalment, la reproducció del mon real se'ns ha mostrat a traves d'imatges planes. Aquestes imatges se solien materialitzar mitjançant pintures sobre tela o be amb dibuixos. Avui, per sort, encara podem veure pintures fetes a ma, tot i que la majoria d'imatges s'adquireixen mitjançant càmeres, i es mostren directament a una audiència, com en el cinema, la televisió o exposicions de fotografies, o be son processades per un sistema computeritzat per tal d'obtenir un resultat en particular. Aquests processaments s'apliquen en camps com en el control de qualitat industrial o be en la recerca mes puntera en intel·ligència artificial. Aplicant algorismes de processament de nivell mitja es poden obtenir imatges 3D a partir d'imatges 2D, utilitzant tècniques ben conegudes anomenades Shape From X, on X es el mètode per obtenir la tercera dimensió, i varia en funció de la tècnica que s'utilitza a tal nalitat. Tot i que l'evolució cap a la càmera 3D va començar en els 90, cal que les tècniques per obtenir les formes tridimensionals siguin mes i mes acurades. Les aplicacions dels escàners 3D han augmentat considerablement en els darrers anys, especialment en camps com el lleure, diagnosi/cirurgia assistida, robòtica, etc. Una de les tècniques mes utilitzades per obtenir informació 3D d'una escena, es la triangulació, i mes concretament, la utilització d'escàners laser tridimensionals. Des de la seva aparició formal en publicacions científiques al 1971 [SS71], hi ha hagut contribucions per solucionar problemes inherents com ara la disminució d'oclusions, millora de la precisió, velocitat d'adquisició, descripció de la forma, etc. Tots i cadascun dels mètodes per obtenir punts 3D d'una escena te associat un procés de calibració, i aquest procés juga un paper decisiu en el rendiment d'un dispositiu d'adquisició tridimensional. La nalitat d'aquesta tesi es la d'abordar el problema de l'adquisició de forma 3D, des d'un punt de vista total, reportant un estat de l'art sobre escàners laser basats en triangulació, provant el funcionament i rendiment de diferents sistemes, i fent aportacions per millorar la precisió en la detecció del feix laser, especialment en condicions adverses, i solucionant el problema de la calibració a partir de mètodes geomètrics projectius.

On intentional and social agents with graded attitudes

La principal contribución de esta Tesis es la propuesta de un modelo de agente BDI graduado (g-BDI) que permita especificar una arquitetura de agente capaz de representar y razonar con actitudes mentales graduadas. Consideramos que una arquitectura BDI más exible permitirá desarrollar agentes que alcancen mejor performance en entornos inciertos y dinámicos, al servicio de otros agentes (humanos o no) que puedan tener un conjunto de motivaciones graduadas. En el modelo g-BDI, las actitudes graduadas del agente tienen una representación explícita y adecuada. Los grados en las creencias representan la medida en que el agente cree que una fórmula es verdadera, en los deseos positivos o negativos permiten al agente establecer respectivamente, diferentes niveles de preferencias o de rechazo. Las graduaciones en las intenciones también dan una medida de preferencia pero en este caso, modelan el costo/beneficio que le trae al agente alcanzar una meta. Luego, a partir de la representación e interacción de estas actitudes graduadas, pueden ser modelados agentes que muestren diferentes tipos de comportamiento. La formalización del modelo g-BDI está basada en los sistemas multi-contextos. Diferentes lógicas modales multivaluadas se han propuesto para representar y razonar sobre las creencias, deseos e intenciones, presentando en cada caso una axiomática completa y consistente. Para tratar con la semántica operacional del modelo de agente, primero se definió un calculus para la ejecución de sistemas multi-contextos, denominado Multi-context calculus. Luego, mediante este calculus se le ha dado al modelo g-BDI semántica computacional. Por otra parte, se ha presentado una metodología para la ingeniería de agentes g-BDI en un escenario multiagente. El objeto de esta propuesta es guiar el diseño de sistemas multiagentes, a partir de un problema del mundo real. Por medio del desarrollo de un sistema recomendador en turismo como caso de estudio, donde el agente recomendador tiene una arquitectura g-BDI, se ha mostrado que este modelo es valioso para diseñar e implementar agentes concretos. Finalmente, usando este caso de estudio se ha realizado una experimentación sobre la flexibilidad y performance del modelo de agente g-BDI, demostrando que es útil para desarrollar agentes que manifiesten conductas diversas. También se ha mostrado que los resultados obtenidos con estos agentes recomendadores modelizados con actitudes graduadas, son mejores que aquellos alcanzados por los agentes con actitudes no-graduadas.

Quantified real constraint solving using modal intervals with applications to control

Les restriccions reals quantificades (QRC) formen un formalisme matemàtic utilitzat per modelar un gran nombre de problemes físics dins els quals intervenen sistemes d'equacions no-lineals sobre variables reals, algunes de les quals podent ésser quantificades. Els QRCs apareixen en nombrosos contextos, com l'Enginyeria de Control o la Biologia. La resolució de QRCs és un domini de recerca molt actiu dins el qual es proposen dos enfocaments diferents: l'eliminació simbòlica de quantificadors i els mètodes aproximatius. Tot i això, la resolució de problemes de grans dimensions i del cas general, resten encara problemes oberts. Aquesta tesi proposa una nova metodologia aproximativa basada en l'Anàlisi Intervalar Modal, una teoria matemàtica que permet resoldre problemes en els quals intervenen quantificadors lògics sobre variables reals. Finalment, dues aplicacions a l'Enginyeria de Control són presentades. La primera fa referència al problema de detecció de fallades i la segona consisteix en un controlador per a un vaixell a vela.

Representació qualitativa asíncrona de senyals per a la supervisió de sistemes dinàmics

L'objectiu general d'aquest treball és trobar i mostrar una eina que permeti obtenir una representació dels senyals procedents de sistemes dinàmics adequada a les necessitats dels sistemes de Supervisió Experta de processos. Aquest objectiu general es pot subdividir en diverses parts, que són tractades en els diferents capítols que composen el treball i que es poden resumir en els següents punts: En primer lloc, cal conèixer les necessitats dels sistemes de Supervisió: La gran quantitat de dades que provenen dels processos fa necessari el tractament d'aquestes dades per obtenir-ne d'altres, més elaborades, amb un nivell més elevat de representació. La utilització de raonament qualitatiu, pròpia dels éssers humans, comporta la necessitat de representar simbòlicament els senyals, de traduir les dades numèriques en símbols. La Supervisió de sistemes dinàmics comporta que el temps sigui una variable fonamental, la asincronia dels esdeveniments significatius per a la Supervisió fa que les representacions més adequades i útils dels senyals siguin asíncrones. Finalment,l'ús dels coneixements experimentals en la Supervisió dels processos comporta que les representacions més naturals siguin les més útils. Aquestes necessitats fan de la representació dels senyals mitjançant episodis l'eina amb més possibilitats per assolir els objectius que es volen assolir. Per això, es presenta un formalisme que permet descriure i incloure-hi la formalització i les diferents aproximacions a aquest tipus de representació ja existents i, al mateix temps, augmentar-ne la significació a través de característiques dels senyals que no es tenen en compte en les aproximacions ja existents. El següent pas és aprofitar el nou formalisme per obtenir una nova representació amb un grau més gran de significació, cosa que s'aconsegueix representant explícitament les discontinuïtats i els períodes estacionaris o d'estabilitat, molt significatius en Supervisió de processos. Un problema sempre present en el tractament de senyals és el soroll que els afecta. Per aquest motiu es presenta un mètode que permet filtrar el soroll de manera que les representacions resultants quedin afectades el mínim possible per aquest tractament. Finalment, es presenta l'aplicació en línia de les eines descrites. La representació en línia dels senyals comporta el tractament de la incertesa inherent al coneixement parcial del senyal (un episodi no pot ser determinat i caracteritzat completament fins que no s'acaba). L'obtenció de resultats amb determinats graus de certesa és perfectament coherent amb la seva utilització posterior mitjançant Sistemes Experts o altres eines de la IA. Totes les aportacions del treball vénen acompanyades d'exemples i/o aplicacions que permeten observar-ne la utilitat i les limitacions.

Robust Control of Systems Subjected to Uncertain Disturbances and Actuator Dynamics

Esta tesis está enfocada al diseño y validación de controladores robustos que pueden reducir de una manera efectiva las vibraciones structurales producidas por perturbaciones externas tales como terremotos, fuertes vientos o cargas pesadas. Los controladores están diseñados basados en teorías de control tradicionalamente usadas en esta area: Teoría de estabilidad de Lyapunov, control en modo deslizante y control clipped-optimal, una técnica reciente mente introducida : Control Backstepping y una que no había sido usada antes: Quantitative Feedback Theory. La principal contribución al usar las anteriores técnicas, es la solución de problemas de control estructural abiertos tales como dinámicas de actuador, perturbaciones desconocidas, parametros inciertos y acoplamientos dinámicos. Se utilizan estructuras típicas para validar numéricamente los controladores propuestos. Especificamente las estructuras son un edificio de base aislada, una plataforma estructural puente-camión y un puente de 2 tramos, cuya configuración de control es tal que uno o mas problemas abiertos están presentes. Se utilizan tres prototipos experimentales para implementar los controladores robustos propuestos, con el fin de validar experimentalmente su efectividad y viabilidad. El principal resultado obtenido con la presente tesis es el diseño e implementación de controladores estructurales robustos que resultan efectivos para resolver problemas abiertos en control estructural tales como dinámicas de actuador, parámetros inciertos, acoplamientos dinámicos, limitación de medidas y perturbaciones desconocidas.

Studies of dynamics of physical agent ecosystems

This thesis addresses the problem of learning in physical heterogeneous multi-agent systems (MAS) and the analysis of the benefits of using heterogeneous MAS with respect to homogeneous ones. An algorithm is developed for this task; building on a previous work on stability in distributed systems by Tad Hogg and Bernardo Huberman, and combining two phenomena observed in natural systems, task partition and hierarchical dominance. This algorithm is devised for allowing agents to learn which are the best tasks to perform on the basis of each agent's skills and the contribution to the team global performance. Agents learn by interacting with the environment and other teammates, and get rewards from the result of the actions they perform. This algorithm is specially designed for problems where all robots have to co-operate and work simultaneously towards the same goal. One example of such a problem is role distribution in a team of heterogeneous robots that form a soccer team, where all members take decisions and co-operate simultaneously. Soccer offers the possibility of conducting research in MAS, where co-operation plays a very important role in a dynamical and changing environment. For these reasons and the experience of the University of Girona in this domain, soccer has been selected as the test-bed for this research. In the case of soccer, tasks are grouped by means of roles. One of the most interesting features of this algorithm is that it endows MAS with a high adaptability to changes in the environment. It allows the team to perform their tasks, while adapting to the environment. This is studied in several cases, for changes in the environment and in the robot's body. Other features are also analysed, especially a parameter that defines the fitness (biological concept) of each agent in the system, which contributes to performance and team adaptability. The algorithm is applied later to allow agents to learn in teams of homogeneous and heterogeneous robots which roles they have to select, in order to maximise team performance. The teams are compared and the performance is evaluated in the games against three hand-coded teams and against the different homogeneous and heterogeneous teams built in this thesis. This section focuses on the analysis of performance and task partition, in order to study the benefits of heterogeneity in physical MAS. In order to study heterogeneity from a rigorous point of view, a diversity measure is developed building on the hierarchic social entropy defined by Tucker Balch. This is adapted to quantify physical diversity in robot teams. This tool presents very interesting features, as it can be used in the future to design heterogeneous teams on the basis of the knowledge on other teams.

Texture recognition under varying imaging geometries

La visió és probablement el nostre sentit més dominant a partir del qual derivem la majoria d'informació del món que ens envolta. A través de la visió podem percebre com són les coses, on són i com es mouen. En les imatges que percebem amb el nostre sistema de visió podem extreure'n característiques com el color, la textura i la forma, i gràcies a aquesta informació som capaços de reconèixer objectes fins i tot quan s'observen sota unes condicions totalment diferents. Per exemple, som capaços de distingir un mateix objecte si l'observem des de diferents punts de vista, distància, condicions d'il·luminació, etc. La Visió per Computador intenta emular el sistema de visió humà mitjançant un sistema de captura d'imatges, un ordinador, i un conjunt de programes. L'objectiu desitjat no és altre que desenvolupar un sistema que pugui entendre una imatge d'una manera similar com ho realitzaria una persona. Aquesta tesi es centra en l'anàlisi de la textura per tal de realitzar el reconeixement de superfícies. La motivació principal és resoldre el problema de la classificació de superfícies texturades quan han estat capturades sota diferents condicions, com ara distància de la càmera o direcció de la il·luminació. D'aquesta forma s'aconsegueix reduir els errors de classificació provocats per aquests canvis en les condicions de captura. En aquest treball es presenta detalladament un sistema de reconeixement de textures que ens permet classificar imatges de diferents superfícies capturades en diferents condicions. El sistema proposat es basa en un model 3D de la superfície (que inclou informació de color i forma) obtingut mitjançant la tècnica coneguda com a 4-Source Colour Photometric Stereo (CPS). Aquesta informació és utilitzada posteriorment per un mètode de predicció de textures amb l'objectiu de generar noves imatges 2D de les textures sota unes noves condicions. Aquestes imatges virtuals que es generen seran la base del nostre sistema de reconeixement, ja que seran utilitzades com a models de referència per al nostre classificador de textures. El sistema de reconeixement proposat combina les Matrius de Co-ocurrència per a l'extracció de característiques de textura, amb la utilització del Classificador del veí més proper. Aquest classificador ens permet al mateix temps aproximar la direcció d'il·luminació present en les imatges que s'utilitzen per testejar el sistema de reconeixement. És a dir, serem capaços de predir l'angle d'il·luminació sota el qual han estat capturades les imatges de test. Els resultats obtinguts en els diferents experiments que s'han realitzat demostren la viabilitat del sistema de predicció de textures, així com del sistema de reconeixement.

Time misalignments in fault detection and diagnosis

El desalineamiento temporal es la incorrespondencia de dos señales debido a una distorsión en el eje temporal. La Detección y Diagnóstico de Fallas (Fault Detection and Diagnosis-FDD) permite la detección, el diagnóstico y la corrección de fallos en un proceso. La metodología usada en FDD está dividida en dos categorías: técnicas basadas en modelos y no basadas en modelos. Esta tesis doctoral trata sobre el estudio del efecto del desalineamiento temporal en FDD. Nuestra atención se enfoca en el análisis y el diseño de sistemas FDD en caso de problemas de comunicación de datos, como retardos y pérdidas. Se proponen dos técnicas para reducir estos problemas: una basada en programación dinámica y la otra en optimización. Los métodos propuestos han sido validados sobre diferentes sistemas dinámicos: control de posición de un motor de corriente continua, una planta de laboratorio y un problema de sistemas eléctricos conocido como hueco de tensión.

VLSI architecture for motion estimation in underwater imaging

El treball desenvolupat en aquesta tesi aprofundeix i aporta solucions innovadores en el camp orientat a tractar el problema de la correspondència en imatges subaquàtiques. En aquests entorns, el que realment complica les tasques de processat és la falta de contorns ben definits per culpa d'imatges esborronades; un fet aquest que es deu fonamentalment a il·luminació deficient o a la manca d'uniformitat dels sistemes d'il·luminació artificials. Els objectius aconseguits en aquesta tesi es poden remarcar en dues grans direccions. Per millorar l'algorisme d'estimació de moviment es va proposar un nou mètode que introdueix paràmetres de textura per rebutjar falses correspondències entre parells d'imatges. Un seguit d'assaigs efectuats en imatges submarines reals han estat portats a terme per seleccionar les estratègies més adients. Amb la finalitat d'aconseguir resultats en temps real, es proposa una innovadora arquitectura VLSI per la implementació d'algunes parts de l'algorisme d'estimació de moviment amb alt cost computacional.

Crisis, endeudamiento y desposesión en el mundo rural catalán de finales del siglo XIX

Esta tesis doctoral examina las repercusiones de la llamada "Gran Depresión" de finales del siglo XIX sobre la sociedad rural catalana a partir del análisis del que puede ser visto como uno de los síntomas más característicos de cualquier crisis agraria: la pérdida de derechos de propiedad sobre la tierra o sobre otros inmuebles de carácter rural como consecuencia de reclamaciones de deudas, promovidas por particulares o por el Estado, que culminaron en subasta pública. El trabajo ha sido dividido en dos secciones. En la primera se analiza la desposesión causada por procedimientos ejecutivos impulsados por la Administración de Hacienda por impuestos impagados. En la segunda se ha estudiado la actividad judicial que concluyó en subasta pública de bienes inmuebles, y se han mostrado sus relaciones con la situación agraria, especialmente en los sectores del trigo y de la vid.

El Fotomuntatge arquitectònic. El cas de Mies Van der Rohe

El treball realitzat vol ser un anàlisi exhaustiu de l'efecte causat per l'aparició de la fotografia en la representació de l'arquitectura, la seva introducció en les presentacions dels projectes i l'ús del fotomuntatge. Amb el canvi de segle, del dinou al vint, la fotografia ja va començar a entrar en les diferents disciplines artístiques inclosa l'arquitectura, de tal manera que amb l'aparició de les avantguardes artístiques els moviments arquitectònics moderns també es van mostrar reaccionaris i van incloure, a part de nous conceptes arquitectònics, noves maneres de presentar-les, la qual cosa els va acostar a les propostes pictòriques i conseqüentment a la introducció de la fotografia en el seu procés de treball i de presentació.

El programa iconogràfic de l'Attideion del Campo della Magna Matter a Ostia

L'objectiu d'aquesta tesi és l'estudi de tot un seguit d'escultures votives trobades dins el santuari de Cibele de Ostia, descobert a finals del segle passat i excavat amb extensió just abans de la Segona Guerra Mundial. Tanmateix, el nostre objectiu no era el de presentar, únicament, un catàleg de l'estatuària sinó, especialment, la seva funció i relació dins el santuari com un element a considerar per a l'estudi del culte a Cibele i més concretament a Atis.

Història social de l'escola a la Catalunya central. Vic 1830-1900

En aquesta tesi es valora l'impacte social que comporta per a la ciutat de Vic el bastiment d'un nou sistema educatiu implantat per l'estat liberal en el transcurs del segle XIX. L'estudi s'estructura a partir de: l'anàlisi del discurs i de les accions de les elits locals; de les actituds de les famílies; del sorgiment i consolidació dels i les mestres; i de l'escola com a espai educatiu: Vic esdevé un cas molt particular perquè és capital de bisbat però no de província; perquè exerceix una notable influència sobre el territori i perquè és zona de frontera entre el liberalisme i el carlisme. La tesi valora fins a quin punt tots els agents implicats en la qüestió educativa s'interconecten i com des de l'àmbit local es viuen les transformacions del segle XIX.

L'anarquisme individualista a Espanya 1923-1938

La present tesi doctoral té com a objectiu delimitar, descriure i analitzar el discurs ideològic, en clau interna, de l'anarquisme individualista, una de les tendències minoritàries i més mal conegudes de l'anarquisme a Espanya entre 1923 i 1938. A la part preliminar de la investigació es tracta d'acotar les bases epistemològiques del subjecte d'investigació. I en aquest sentit, es realitza un esforç per tractar d'arribar a una definició sobre l'anarquisme individualista. També s'analitzen els antecedents historiogràfics, es duu a terme un estat historiogràfic de la qüestió i s'exposen els criteris metodològics emprats. La primera part de la investigació tracta d'analitzar, en capítols successius, els fonaments teòrics de l'individualisme anarquista, ressegueix i descriu els processos de penetració a l'estat espanyol i exposa i analitza la trajectòria de les principals vies de debat i difusió a l'entorn de la teoria individualsta. En el primer cas, l'autor es remunta als orígens ideològics, fonamentats en l'obra fundacional de L'Ego i la seva propietat, del filòsof bavarès Max Stirner. Posteriorment es comenta el substrat filosòfic individualista de procedència nord-americana, amb autors com Henry David Thoreau, Josiah Warren o Benjamin Tucker i es destaca la influència de l'individualisme d'arrel francesa, de finals de segle XIX, amb el rol jugat per anarcoindividualistes com Émile Armand o Han Ryner. En el següent capítol s'exposa l'absència d'un individualisme espanyol autòcton i la dependència ideològica dels corrents foranis, en especial del francès, donats els estrets contactes a banda i banda del Pirineu. També es planteja la qüestió de la diferent intensitat de la presència d'individualisme entre diferents sectors pertanyents al complex univers individualista. També es realitza una descripció de la trajectòria cronològica d'aquest corrent, remuntant-se des de finals del segle XIX, amb la irrupció de la filosofia de Nietzsche, fins a l'acabament de la guerra civil espanyola. El quart capítol enumera els diferents òrgans de propaganda des del qual s'expressa aquest pensament i es descriu breument les tendències individualistes de cadascun d'ells. La segona part de la investigació analitza, en clau interna, el pensament individualista, a partir del seu material imprès i publicat. Així es descriuen els principis generals, els intens associacionistes, o es comenta el paper dels individualisme al llarg de la guerra civil. Posteriorment es comenten aspectes més concrets, com ara la filosofia educativa del moviment, la extraordinària importància que té la qüestió de l'amor lliure i l'emancipació sexual per als seus seguidors, i altres aspectes complementaris que tindran una extraordinària presència i importància en l'anarquisme individualista com serà l'annacionalisme, l'antimilitarisme i el naturisme. Es conclou la tesi destacant les aportacions al panorama historiogràfic i a l'esforç realitzat pel seu autor per recuperar la memòria col·lectiva.

L'Emmagatzematge de cereals en sitges d'època ibèrica al nord-est de Catalunya

Una sitja és una cavitat subterrània destinada a emmagatzemar la collita, especialment de cereals. Amb el manteniment d'unes condicions ideal de temperatura i humitat els cereals s'hi poden conservar durant un llarg període de temps, que segons Varró podria arribar als 50 anys. Aquestes excepcionals possibilitats han possibilitat que l'emmagatzematge en sitges fos un dels mètodes de conservació de cereals a llarg termini més utilitzat en les societats pre-industrials de tot el món. La sitja estàndard del nord-est de Catalunya és aquella que era excavada a l'argila, no portava revestiment i tenia la boca en forma de tub, de 0,77 m de diàmetre màxim per 0,42 de profunditat. El perfil era de tipus còncau, amb el diàmetre màxim situat en el terç central de la sitja, i un fons indistintament còncau o pla. La profunditat i el diàmetre màxim es situarien entre 1,75 i 2 m., amb un marge de diferència reduïdíssim entre ambdues mesures. La capacitat resultant d'aquestes dimensions se situaria entre 1 i 3 tones de cereals, que en termes estàndards de producció seria el resultat de la collita d'una extensió d'entre 1,5 i 4 hectàrees de terreny. ASBTRACT: A silo is an underground cavity designed to store the harvest, especially grain. With the maintenance of ideal conditions of temperature and moisture grains can be preserved for a long period of time, according to Varró it could reach 50 years. These exceptional opportunities have enabled the storage silos to be one of the methods of long-term conservation of grain used in most pre-industrial societies around the world. The standard silo from the North-East of Catalonia was excavated in clay,it had no siding and its mouth was tube-shaped, up to 0.77 m of maximum diameter to 0.42 deep. The profile was concave, with maximum diameter located in the central third of the silo, and a background either concave or flat. The depth and maximum diameter are located between 1.75 and 2 m, with a very little margin of difference between the two measures. The capacity resulting from these dimensions would be located between 1 and 3 tons of cereals, which in terms of production standards it would mean a harvest of between 1.5 and 4 hectares of ground.