Ricostruzione di immagini di broncosfere in microscopia ottica con tecniche di estensione della profondità di fuoco

A causa della limitata estensione del campo di vista del sistema, con un microscopio ottico tradizionale non è possibile acquisire una singola immagine completamente a fuoco se l’oggetto è caratterizzato da una profondità non trascurabile. Fin dagli anni ’70, il problema dell’estensione della profondità di fuoco è stato ampiamente trattato in letteratura e molti metodi sono stati proposti per superare questo limite. Tuttavia, è molto difficile riuscire a decretare quale metodo risulti essere il migliore in una specifica applicazione, a causa della mancanza di una metrica validata e adatta ad essere utilizzata anche in casi reali, dove generalmente non si ha a disposizione un’immagine di riferimento da considerare come “la verità” (ground truth). L’Universal Quality Index (UQI) è ampiamente utilizzato in letteratura per valutare la qualità dei risultati in processi di elaborazione di immagini. Tuttavia, per poter calcolare questo indice è necessaria una ground truth. In effetti, sono state proposte in letteratura alcune estensioni dell’UQI per valutare il risultato dei metodi di fusione anche senza immagine di riferimento, ma nessuna analisi esaustiva è stata proposta per dimostrare la loro equivalenza con l’UQI standard nel valutare la qualità di un’immagine. In questo lavoro di Tesi, partendo dai limiti dei metodi attualmente utilizzati per l'estensione della profondità di campo di un microscopio, ed esposti in letteratura, per prima cosa è stato proposto un nuovo metodo, basato su approccio spaziale e fondato su analisi locale del segnale appositamente filtrato. Attraverso l’uso di sequenze di immagini sintetiche, delle quali si conosce la ground truth, è stato dimostrato, utilizzando metriche comuni in image processing, che il metodo proposto è in grado di superare le performance dei metodi allo stato dell'arte. In seguito, attraverso una serie di esperimenti dedicati, è stato provato che metriche proposte e ampiamente utilizzate in letteratura come estensione dell'UQI per valutare la qualità delle immagini prodotte da processi di fusione, sebbene dichiarate essere sue estensioni, non sono in grado di effettuare una valutazione quale quella che farebbe l'UQI standard. E’ quindi stato proposto e validato un nuovo approccio di valutazione che si è dimostrato in grado di classificare i metodi di fusione testati così come farebbe l’UQI standard, ma senza richiedere un’immagine di riferimento. Infine, utilizzando sequenze di immagini reali acquisite a differenti profondità di fuoco e l’approccio di valutazione validato, è stato dimostrato che il metodo proposto per l’estensione della profondità di campo risulta sempre migliore, o almeno equivalente, ai metodi allo stato dell’arte.

Connessione di sitemi a microcontrollore con reti geografiche

Fra le varie ragioni della crescente pervasività di Internet in molteplici settori di mercato del tutto estranei all’ICT, va senza dubbio evidenziata la possibilità di creare canali di comunicazione attraverso i quali poter comandare un sistema e ricevere da esso informazioni di qualsiasi genere, qualunque distanza separi controllato e controllore. Nel caso specifico, il contesto applicativo è l’automotive: in collaborazione col Dipartimento di Ingegneria Elettrica dell’Università di Bologna, ci si è occupati del problema di rendere disponibile a distanza la grande quantità di dati che i vari sotto-sistemi componenti una automobile elettrica si scambiano fra loro, sia legati al tipo di propulsione, elettrico appunto, come i livelli di carica delle batterie o la temperatura dell’inverter, sia di natura meccanica, come i giri motore. L’obiettivo è quello di permettere all’utente (sia esso il progettista, il tecnico riparatore o semplicemente il proprietario) il monitoraggio e la supervisione dello stato del mezzo da remoto nelle sue varie fasi di vita: dai test eseguiti su prototipo in laboratorio, alla messa in strada, alla manutenzione ordinaria e straordinaria. L’approccio individuato è stato quello di collezionare e memorizzare in un archivio centralizzato, raggiungibile via Internet, tutti i dati necessari. Il sistema di elaborazione a bordo richiede di essere facilmente integrabile, quindi di piccole dimensioni, e a basso costo, dovendo prevedere la produzione di molti veicoli; ha inoltre compiti ben definiti e noti a priori. Data la situazione, si è quindi scelto di usare un sistema embedded, cioè un sistema elettronico di elaborazione progettato per svolgere un limitato numero di funzionalità specifiche sottoposte a vincoli temporali e/o economici. Apparati di questo tipo sono denominati “special purpose”, in opposizione ai sistemi di utilità generica detti “general purpose” quali, ad esempio, i personal computer, proprio per la loro capacità di eseguire ripetutamente un’azione a costo contenuto, tramite un giusto compromesso fra hardware dedicato e software, chiamato in questo caso “firmware”. I sistemi embedded hanno subito nel corso del tempo una profonda evoluzione tecnologica, che li ha portati da semplici microcontrollori in grado di svolgere limitate operazioni di calcolo a strutture complesse in grado di interfacciarsi a un gran numero di sensori e attuatori esterni oltre che a molte tecnologie di comunicazione. Nel caso in esame, si è scelto di affidarsi alla piattaforma open-source Arduino; essa è composta da un circuito stampato che integra un microcontrollore Atmel da programmare attraverso interfaccia seriale, chiamata Arduino board, ed offre nativamente numerose funzionalità, quali ingressi e uscite digitali e analogici, supporto per SPI, I2C ed altro; inoltre, per aumentare le possibilità d’utilizzo, può essere posta in comunicazione con schede elettroniche esterne, dette shield, progettate per le più disparate applicazioni, quali controllo di motori elettrici, gps, interfacciamento con bus di campo quale ad esempio CAN, tecnologie di rete come Ethernet, Bluetooth, ZigBee, etc. L’hardware è open-source, ovvero gli schemi elettrici sono liberamente disponibili e utilizzabili così come gran parte del software e della documentazione; questo ha permesso una grande diffusione di questo frame work, portando a numerosi vantaggi: abbassamento del costo, ambienti di sviluppo multi-piattaforma, notevole quantità di documentazione e, soprattutto, continua evoluzione ed aggiornamento hardware e software. È stato quindi possibile interfacciarsi alla centralina del veicolo prelevando i messaggi necessari dal bus CAN e collezionare tutti i valori che dovevano essere archiviati. Data la notevole mole di dati da elaborare, si è scelto di dividere il sistema in due parti separate: un primo nodo, denominato Master, è incaricato di prelevare dall’autovettura i parametri, di associarvi i dati GPS (velocità, tempo e posizione) prelevati al momento della lettura e di inviare il tutto a un secondo nodo, denominato Slave, che si occupa di creare un canale di comunicazione attraverso la rete Internet per raggiungere il database. La denominazione scelta di Master e Slave riflette la scelta fatta per il protocollo di comunicazione fra i due nodi Arduino, ovvero l’I2C, che consente la comunicazione seriale fra dispositivi attraverso la designazione di un “master” e di un arbitrario numero di “slave”. La suddivisione dei compiti fra due nodi permette di distribuire il carico di lavoro con evidenti vantaggi in termini di affidabilità e prestazioni. Del progetto si sono occupate due Tesi di Laurea Magistrale; la presente si occupa del dispositivo Slave e del database. Avendo l’obiettivo di accedere al database da ovunque, si è scelto di appoggiarsi alla rete Internet, alla quale si ha oggi facile accesso da gran parte del mondo. Questo ha fatto sì che la scelta della tecnologia da usare per il database ricadesse su un web server che da un lato raccoglie i dati provenienti dall’autovettura e dall’altro ne permette un’agevole consultazione. Anch’esso è stato implementato con software open-source: si tratta, infatti, di una web application in linguaggio php che riceve, sotto forma di richieste HTTP di tipo GET oppure POST, i dati dal dispositivo Slave e provvede a salvarli, opportunamente formattati, in un database MySQL. Questo impone però che, per dialogare con il web server, il nodo Slave debba implementare tutti i livelli dello stack protocollare di Internet. Due differenti shield realizzano quindi il livello di collegamento, disponibile sia via cavo sia wireless, rispettivamente attraverso l’implementazione in un caso del protocollo Ethernet, nell’altro della connessione GPRS. A questo si appoggiano i protocolli TCP/IP che provvedono a trasportare al database i dati ricevuti dal dispositivo Master sotto forma di messaggi HTTP. Sono descritti approfonditamente il sistema veicolare da controllare e il sistema controllore; i firmware utilizzati per realizzare le funzioni dello Slave con tecnologia Ethernet e con tecnologia GPRS; la web application e il database; infine, sono presentati i risultati delle simulazioni e dei test svolti sul campo nel laboratorio DIE.

Valutazione del comportamento ad impatto di un aliante in materiali compositi

I fattori che, nei primi anni dell'aviazione, contribuivano al verificarsi o meno di una sciagura aerea erano principalmente di natura meccanica, mentre oggi la maggior parte degli incidenti è attribuibile all’errore umano. Nel corso del tempo sono stati sviluppati modelli per l’analisi del fattore umano ed ha assunto un ruolo fondamentale lo studio del crashworthiness allo scopo di sviluppare tecnologie che contribuiscano alla riduzione di incidenti aerei e del tasso di mortalità. In questo studio è stata analizzata la resistenza della fusoliera di un aliante DG-100G Elan nelle principali tipologie di impatto. Le statistiche evidenziano, come cause principali di incidente, la caduta in vite e lo stallo in prossimità del suolo. Dall’analisi dei risultati ottenuti con la configurazione di base dell’aliante è stata delineata una possibile modifica per migliorarne la resistenza ad impatto. Obiettivo dello studio è la verifica in prima approssimazione della bontà o meno dei risultati ottenuti attraverso l’introduzione delle modifiche, valutando la differenza di quest’ultimi fra le due configurazioni.

Ripartire dall'esistente Riqualificazione di un quartiere di edilizia residenziale pubblica a Faenza

L’intenzione che ha mosso la ricerca è stata quella di ridare valore alla casa pubblica, perché è un’opportunità per la popolazione, soprattutto per le fasce sociali più deboli e perché non può non essere espressione di qualità architettonica, urbanistica e sociale. A ciò si aggiunge la scelta di un modo di operare sostenibile, dove alle nuove costruzioni si predilige l’idea del recupero. Ecco da dove nasce l’idea di ripartire dall’esistente, scegliendo un’area del sistema urbano di proprietà pubblica, per definire, in una prospettiva di miglioramento, un sistema di strategie di intervento e un progetto di riqualificazione. Capire come agire su un’area di questo tipo, ha stimolato ad una lettura degli interventi statali sul tema dell’edilizia pubblica attraverso le azioni in campo legislativo. La ricerca ha preso poi avvio da una lettura dell’evoluzione del quadro normativo nazionale in materia, per poi concentrarsi sul contesto locale con il racconto dei fatti storici della città di Faenza fino ai giorni nostri attraverso le sue vicende urbanistiche. Una considerazione sulla legislazione passata dà la possibilità di vedere come lo Stato abbia nel tempo prestato attenzione e risposto in maniera diversa al problema della casa. In ogni periodo le iniziative dell’Amministrazione in merito alla programmazione, si mostrano come risultati di una risposta sociale e culturale, rilanciando poi, a seconda del momento, varie tematiche, ieri la carenza degli alloggi, oggi il tema della qualità urbana, del recupero e la necessità di contenere i costi e i consumi energetici. Lo studio si è quindi spostato e concentrato sulle tappe ed i risvolti della programmazione a livello locale, cercando di comprendere, anche sulle carte, il risultato di queste azioni amministrative, si legge come il susseguirsi delle diverse politiche urbanistiche abbia lasciato tracce e segni nel disegno della città. Nel loro esito formale gli interventi hanno assunto un valore nella vicenda della città poiché ne hanno determinato l’espansione in un certo modo. Dopo un lavoro di ricerca di documenti, consultando anche diversi archivi, gli interventi in materia di edilizia residenziale pubblica presenti a Faenza sono stati schedati al fine di creare un repertorio di informazioni riguardanti la localizzazione, la data di costruzione e informazioni riguardanti il tipo di intervento a livello normativo, in questo modo si è potuto inquadrare ciascun quartiere in una determinata stagione di politiche abitative. Queste informazioni sono state poi tradotte in schemi che comprendono tutto il territorio della città fino ad ottenere una visione d’insieme e cogliere le relazioni che i singoli interventi intrattengono con il resto della città. Si esplorano poi le relazioni in base alle stagioni delle politiche abitative e in base ai soggetti che ne hanno promosso la costruzione. La ricerca si propone quindi di riflettere sugli strumenti con cui agire nei casi di degrado, assecondando la logica del recupero e del riuso. Il processo per definire il "come" intervenire ha portato alla creazione di un abaco di possibili strategie di riqualificazione suddivise per grandi tematiche (connessione e mobilità, mixitè funzionale e verde, risparmio energetico, nuovi modi dell’abitare e relazioni e identità). Ogni tematica viene poi declinata in sottotemi che descrivono le operazioni possibili per la rigenerazione, correlati da una definizione e da piccoli progetti applicativi. Ciascun progetto schematizzato è pensato su un’area di edilizia residenziale pubblica di Faenza. Le strategie vengono poi effettivamente applicate ad un caso studio: il PEEP Orto Paganella. Il progetto di riqualificazione si struttura in due parti. Una riguarda l’impianto del quartiere, inserendo un nuovo volume destinato a servizi, l’altra si concentra su un edificio esistente per un progetto di recupero allo scopo di ridare valore al manufatto, riscattarne l’immagine e creare un’offerta abitativa adeguata, che assicuri abitazioni in affitto e tipi di alloggi destinati a nuovi soggetti della popolazione, con le loro specifiche esigenze. Il progetto di riqualificazione si sviluppa a partire dall’orientamento dell’edificio e dei suoi affacci. Viene sviluppato il tema dell’involucro, che circonda l’edificio e si declina sui diversi fronti in modo diverso. La proposta della facciata verso sud, trasparente e aperta sul parco pubblico ritrova la giusta considerazione per l’orientamento, sfruttandone le potenzialità e aprendosi alla vista del parco, mentre il fronte a nord rimane chiuso e protetto. Creando nuovi spazi e nuovi affacci e restituendo una nuova immagine dell’edificio si cerca di stimolare una riappropriazione del senso di appartenenza al quartiere.

Sviluppo e validazione sperimentale di strategie di previsione e controllo del fenomeno della preaccensione (Mega-Knock)

L’algoritmo per la previsione del Mega-Knock si inserisce all’interno di uno dei temi cardine dell’attuale ricerca nel campo motoristico: la minimizzazione del consumo di combustibile nei motori ad alto grado di sovralimentazione, sviluppati nell’ottica del downsizing. La possibilità di prevedere l’innescarsi del Mega-Knock consente di ottimizzare la definizione dell’obiettivo di titolo, evitando arricchimenti non necessari in un range di funzionamento del motore che frequentemente viene esplorato nella normale guida su strada. Si tratterà la possibilità di utilizzare una relazione empirica per cercare di arrivare alla previsione dell’insorgere della preaccensione, per poi ricorrere ad opportune strategie motore per evitare il verificarsi del fenomeno; il tutto tramite lo sviluppo di un algoritmo in ambiente MatLab-Simulink