Image Processing Algorithms applied to Radio SLAM using MIMO Radars

Radio Simultaneous Location and Mapping (SLAM) consists of the simultaneous tracking of the target and estimation of the surrounding environment, to build a map and estimate the target movements within it. It is an increasingly exploited technique for automotive applications, in order to improve the localization of obstacles and the target relative movement with respect to them, for emergency situations, for example when it is necessary to explore (with a drone or a robot) environments with a limited visibility, or for personal radar applications, thanks to its versatility and cheapness. Until today, these systems were based on light detection and ranging (lidar) or visual cameras, high-accuracy and expensive approaches that are limited to specific environments and weather conditions. Instead, in case of smoke, fog or simply darkness, radar-based systems can operate exactly in the same way. In this thesis activity, the Fourier-Mellin algorithm is analyzed and implemented, to verify the applicability to Radio SLAM, in which the radar frames can be treated as images and the radar motion between consecutive frames can be covered with registration. Furthermore, a simplified version of that algorithm is proposed, in order to solve the problems of the Fourier-Mellin algorithm when working with real radar images and improve the performance. The INRAS RBK2, a MIMO 2x16 mmWave radar, is used for experimental acquisitions, consisting of multiple tests performed in Lab-E of the Cesena Campus, University of Bologna. The different performances of Fourier-Mellin and its simplified version are compared also with the MatchScan algorithm, a classic algorithm for SLAM systems.

Valutazione delle performances di nuove colture starter in salami prodotti industrialmente

Le colture starter sono preparazioni comprendenti una o più specie microbiche aggiunte per condurre i processi fermentativi, con risvolti positivi sulle caratteristiche tecnologiche e igienico-sanitarie dei prodotti ottenuti. Questa tesi si inserisce in un progetto europeo volto a sfruttare la biodiversità microbica di salumi dell'area del Mediterraneo, utilizzandoli come fonte di isolamento di batteri lattici (LAB) da proporre come nuove colture starter e/o bioprotettive. Prove preliminari hanno permesso di selezionare un numero ridotto di LAB, considerati sicuri, che in questa tesi sono stati studiati per il loro potenziale tecnologico (cinetiche di crescita a 20°C) per valutarne l’attitudine ad essere utilizzati in salami prodotti a livello industriale. Sulla base di queste prove effettuate in laboratorio, 4 ceppi (Latilactobacillus sakei 2M7 e SWO10, Lactiplantibacillus paraplantarum BPF2, Latilactobacillus curvatus KN55) sono stati utilizzati per la produzione di salami a livello industriale, confrontando le loro performances con uno starter commerciale utilizzato comunemente in azienda. I risultati hanno mostrato come tutti i ceppi siano stati in grado di sviluppare nella matrice con cinetiche simili, anche se questa acidificazione non ha limitato il contenuto di enterobatteri, ad eccezione del campione controllo, dove tuttavia i LAB hanno mostrato una ridotta capacità di persistenza. Il ceppo BPF2 ha ridotto significativamente il contenuto di tiramina nel prodotto finito. L’analisi dei metaboliti volatili ha evidenziato un diverso accumulo di prodotti derivanti dallo sviluppo dei LAB (es. acidi, aldeidi), anche se tali differenze erano difficilmente percepibili a livello olfattivo e tutti i salami presentavano un odore gradevole. Ulteriori prove saranno necessarie per garantire la qualità microbiologica del prodotto finito (controllo degli enterobatteri) e per effettuare anche test sensoriali, al fine anche di favorire la differenziazione dei prodotti.

Valutazione dei Servizi Ecosistemici Culturali forniti dagli spazi verdi urbani e periurbani - Definizione di un metodo e applicazione al caso di Castelfranco Emilia

A partire dal tema dei servizi ecosistemici, vengono presi in considerazione e analizzati i servizi culturali. Tale categoria fornisce benefici materiali e immateriali alle popolazioni, i quali possono essere forniti dalle aree verdi urbane e periurbane. Sulla base di questo, è stato definito un metodo di valutazione in termini di accessibilità e qualità delle aree verdi, il quale permette di comprendere quali sono le aree svantaggiate e poco accessibili e, quindi, fornire uno strumento utile alla pianificazione del territorio in termine di verde pubblico. Il metodo definito è stato, successivamente, applicato al caso studio di Castelfranco Emilia.

Valutazione e riduzione del rischio da sovraccarico biomeccanico nel settore della distillazione: il caso Distillerie Mazzari S.p.A.

Il prezzo che ancora oggi si paga per la non sicurezza sul lavoro è valutabile in termini di vite umane e dietro ad ogni numero ci sono la storia e la vita di persone, di famiglie. La sfida continua ad essere un cambiamento culturale che radichi i valori della prevenzione e sicurezza nel mondo del lavoro in vista del miglioramento della qualità della vita di lavoratrici e lavoratori. L’obiettivo di questa tesi è valutare quanto “Distillerie Mazzari”, un’azienda con sede a Sant’Agata sul Santerno (RA), sia soggetta a rischi, con particolare riferimento alla movimentazione manuale dei carichi, ma anche proporre azioni per ridurre gli stessi. Viene presentata una suddivisione dei rischi in diverse categorie: per la sicurezza, per la salute, trasversali e ambientali, mentre per il rischio da sovraccarico biomeccanico si ha un capitolo a parte, poichè è il più approfondito. Una volta studiata la situazione attuale (as-is), si passa alla fase to-be dove vengono proposte azioni da intraprendere per ridurre i rischi. In particolare viene creato un progetto di rating per determinare l’indice di rischio (grazie alla matrice del rischio). Infine, vengono redatte le schede di intervento per alcuni rischi individuati. Nella parte finale della tesi, come detto, si tratta nel dettaglio la movimentazione manuale dei carichi, applicando sia il metodo NIOSH che quello di Snook e Ciriello. Grazie a questi due metodi, vengono studiate nel dettaglio le attività di insacco acido tartarico e alimentare e le operazioni di traino e di spinta. Infine, grazie al software ErgoEasy Professional si è proceduto nel calcolare diversi indici di rischio relativamente al sovraccarico biomeccanico.

DS4H Image Alignment tool, allineamento multimodale automatico: sviluppo di modulo per ottimizzazione dei dati acquisiti ed estensione ad immagini a colori

Molti degli studi oncologici partono dalla analisi di provini istologici, cioè campioni di tessuto prelevati dal paziente. Grazie a marcatori specifici, ovvero coloranti selettivi applicati alla sezione da analizzare, vengono studiate specifiche parti del campione. Spesso per raccogliere più informazioni del campione si utilizzano più marcatori. Tuttavia, questi non sempre possono essere applicati in parallelo e spesso vengono utilizzati in serie dopo un lavaggio del campione. Le immagini così ottenute devono quindi essere allineate per poter procedere con studi di colocalizzazione simulando una acquisizione in parallelo dei vari segnali. Tuttavia, non esiste una procedura standard per allineare le immagini così ottenute. L’allineamento manuale è tempo-dispendioso ed oggetto di possibili errori. Un software potrebbe rendere il tutto più rapido e affidabile. In particolare, DS4H Image Alignment è un plug-in open source implementato per ImageJ/Fiji per allineare immagini multimodali in toni di grigio. Una prima versione del software è stata utilizzata per allineare manualmente una serie di immagini, chiedendo all’utente di definire punti di riferimento comuni a tutte le immagini. In una versione successiva, è stata aggiunta la possibilità di effettuare un allineamento automatico. Tuttavia, questo non era ottimizzato e comportava una perdita di informazione nelle aree non sovrapposte all’immagine definita come riferimento. In questo lavoro, è stato sviluppato un modulo ottimizzato di registrazione automatica di immagini che non assume nessuna immagine di riferimento e preserva tutti i pixel delle immagini originali creando uno stack di dimensioni idonee a contenere il tutto. Inoltre, l’architettura dell’intero software è stata estesa per poter registrare anche immagini a colori.

Stereo matching su GPU

La Stereo Vision è un popolare argomento di ricerca nel campo della Visione Artificiale; esso consiste nell’usare due immagini di una stessa scena,prodotte da due fotocamere diverse, per estrarre informazioni in 3D. L’idea di base della Stereo Vision è la simulazione della visione binoculare umana:le due fotocamere sono disposte in orizzontale per fungere da “occhi” che guardano la scena in 3D. Confrontando le due immagini ottenute, si possono ottenere informazioni riguardo alle posizioni degli oggetti della scena.In questa relazione presenteremo un algoritmo di Stereo Vision: si tratta di un algoritmo parallelo che ha come obiettivo di tracciare le linee di livello di un area geografica. L’algoritmo in origine era stato implementato per la Connection Machine CM-2, un supercomputer sviluppato negli anni 80, ed era espresso in *Lisp, un linguaggio derivato dal Lisp e ideato per la macchina stessa. Questa relazione tratta anche la traduzione e l’implementazione dell’algoritmo in CUDA, ovvero un’architettura hardware per l’elaborazione pa- rallela sviluppata da NVIDIA, che consente di eseguire codice parallelo su GPU. Si darà inoltre uno sguardo alle difficoltà che sono state riscontrate nella traduzione da *Lisp a CUDA.

Valutazione di interventi di ripascimento per le spiagge siciliane in erosione con il dragaggio di sabbie relitte

Diverse spiagge siciliane sono a rischio erosione.Tra le cause vi sono l'elevata urbanizzazione costiera della regione e la riduzione degli apporti solidi fluviali, per cui il bilancio sedimentario della spiaggia risulta negativo. L'innalzamento del livello del mare prodotto dal surriscaldamento globale potrà solo aumentare il problema dell'erosione costiera, rendendo necessari interventi di protezione. La Regione Siciliana ha redatto nel 2020 il Piano Regionale Contro l'Erosione Costiera (PRCEC) nel quale fa riferimento ai depositi sottomarini quale fonte strategica per l'esecuzione di interventi di ripascimento. Il seguente lavoro di tesi si pone l'obiettivo di valutare l'esecuzione di interventi di ripascimento con l'utilizzo di sedimenti di spiagge sottomarine profonde e si fonda sul lavoro svolto durante il periodo di tirocinio presso la Società Italiana Dragaggi (SIDRA) S.p.A., società specializzata in dragaggi sia per la manutenzione dei fondali, sia per la protezione costiera. In vista di una richiesta di interventi di ripascimento da parte della regione Siciliana, la società si è occupata di ricercare dei depositi sottomarini a largo delle coste della Regione ed ha ottenuto la concessione per uno di questi. Le profondità a cui si trovatale deposito riduce notevolmente le alternative adottabili per il dragaggio. Il mezzo standard per eseguire dragaggi di profondità è una draga TSHD con l’estensione del braccio di aspirazione per il raggiungimento delle profondità richieste. Questo tipo di draga è conveniente per elevati quantitativi di materiale mentre per volumi ridotti sarebbe potuta risultare poco competitiva. Si sono quindi analizzate delle possibili alternative di estrazione per le quali si sono valutate le produzioni e i costi di intervento corrispondenti. Il lavoro di tesi si è chiuso con il confronto dei costi di tali alternative per l’individuazione dell’opzione più conveniente.

Modelli Stocastici per la valutazione di un Total Return Swap

L’obiettivo del presente lavoro di tesi è quello di derivare la valutazione di un Total Return Swap (TRS) utilizzando la modellistica stocastica che sta alla base dello studio del pricing di derivati finanziari. I contratti di tipo swap, la cui origine è collocata intorno agli anni ’70, prevedono lo scambio di flussi tra due parti, definiti sulla base del sottostante. In particolare, un Total Return Swap è un derivato finanziario che prevede lo scambio periodico di pagamenti definiti rispetto alla gamba di performance del sottostante e alla gamba di interesse. L’elaborato è composto da un’introduzione alle nozioni matematiche preliminari alla costruzione di un modello di mercato utile a derivare il pricing di un derivato (i.e. Teoria di non arbitraggio, esistenza di una misura martingala e le condizioni sotto le quali questa è unica). Nel secondo capitolo, vengono presentate le definizioni finanziarie necessarie alla descrizione di tali prodotti (e.g. Tassi d’interesse spot e Tassi forward). Nel corso della tesi viene presentata una rassegna della modellistica per l’evoluzione dei tassi descritti da dinamiche di volta in volta più complesse, e.g. Modello di Vasicek, modello di Dothan e approccio di Heath-Jarrow-Morton (HJM). In tale contesto, sono state derivate le formule di valutazione ad Accrual e a Net Present Value (NPV) per il TRS sfruttando la teoria di non arbitraggio, la cui principale differenza diviene dal considerare o meno l’attualizzazione tramite il fattore di sconto stocastico dei flussi di cassa previsti tra le due parti del contratto. Nell’ultimo capitolo, viene presentata un’analisi delle due modalità di pricing effettuata su due TRS rispettivamente su basket di azioni e basket di indici.

Valutazione del ciclo antropogenico del neodimio in Italia, mediante metodologie MFA e LCA

Per raggiungere gli obiettivi di neutralità climatica del 2050 stabiliti dal Green Deal europeo, l’approvvigionamento sicuro e sostenibile di materie prime critiche è considerato essenziale e l’attuale crisi energetica ne ha rimarcato l’importanza. Tra queste materie prime, il neodimio risulta essere fondamentale per un ampio numero di applicazioni tecnologiche di interesse crescente come la mobilità elettrica e la generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili. La produzione mondiale di neodimio è dominata dalla Cina e l’Italia dipende completamente dalle importazioni per soddisfare la propria domanda. Il riciclo dei prodotti a fine vita potrebbe coprire parte della domanda nazionale di neodimio e ridurre la dipendenza dalle importazioni cinesi. Ma, attualmente, la percentuale di riciclo del metallo è inferiore all’1% globalmente con attività di riciclo spesso inesistenti su scala industriale a livello nazionale. Per dare chiarezza sulla catena del valore di neodimio in Italia e dimostrare le potenzialità del suo riciclo, in questa tesi sono state applicate le metodologie di MFA e di LCA. Un modello dinamico retrospettivo di MFA è stato sviluppato col fine di investigare il ciclo antropogenico del neodimio, identificando e valutando i flussi e le riserve nazionali dal 1995 al 2020. Attraverso un modello di distribuzione dei tempi di vita è stata quantificata la riserva in uso del metallo, che ammonta a 3,3 kt Nd o 56 g Nd pro capite. Un riciclo della riserva in uso potrebbe soddisfare l’attuale domanda di neodimio oltre al 2030. I risultati dell’MFA sono stati integrati con i fattori LCA di caratterizzazione di impatto ambientale, dimostrando che il riciclo potrebbe ridurre più dell’80% delle emissioni di gas serra e della energia richiesta associate alla produzione di neodimio primario. Si prevede che lo studio possa contribuire all’implementazione di politiche e strategie di rafforzamento della catena di approvvigionamento del neodimio.

Definizione di una “Cybersecurity Strategy”: dalla valutazione del livello di maturità attuale delle funzioni cyber alla formalizzazione di una roadmap pluriennale di trasformazione in ambito sicurezza informatica

L'elaborato descrive il progetto, seguito durante il tirocinio in azienda, di definizione di una strategia in ambito sicurezza informatica

Modelli informativi per la valutazione BIM del livello di reversibilità e circolarità di componenti edilizi: il Design for Disassembly

La Tesi presenta un metodo per valutare il livello di reversibilità e circolarità dei componenti edili. Il concetto cardine dello studio è il Design for Disassembly (DfD), definibile come un approccio alla progettazione di organismi edilizi secondo criteri costruttivi volti a facilitare successivi cambiamenti e smantellamenti (completi o parziali), consentendo il riutilizzo dei componenti, al fine di ridurre l’impatto ambientale degli interventi. Attualmente, diverse ricerche in ambito scientifico si dedicano all’approfondimento di questa tematica, correlandola ad altri concetti come la metodologia del Building Information Modeling (BIM), che consente di digitalizzare il processo progettuale, la sua realizzazione e la sua gestione attraverso modelli. Dopo l’analisi dello stato dell’arte, il lavoro è giunto alla definizione di un insieme di parametri idonei per essere introdotti in un modello informativo, in grado di rappresentare la circolarità del componente in termini di DfD. Per ogni elemento del componente analizzato viene assegnato un valore numerico (variabile da 0,1 a 1) a ogni parametro. Tramite l’utilizzo di una formula elaborata nell’ambito di precedenti ricerche svolte dal Dipartimento di Architettura dell'Università di Bologna, opportunamente modificata, si ottiene un indice sintetico finale denominato “Express Building Circularity Indicators” (EBCI). Il metodo di analisi proposto come strumento a supporto del processo progettuale è stato validato tramite l’applicazione a diverse soluzioni di facciata per l’efficientamento energetico di un fabbricato selezionato come caso di studio italiano dal progetto Europeo Horizon 2020 "DRIVE 0 – Driving decarbonization of the EU building stock by enhancing a consumer centred and locally based circular renovation process". I risultati ottenuti hanno consentito di verificare la replicabilità del processo digitalizzato a diverse soluzioni costruttive e l’affidabilità del metodo di valutazione del grado di circolarità.

Implementazione di banca dati di immagini per lo sviluppo di algoritmi per la navigazione aerea automatica

Lo scopo di questo studio è l’implementazione di un sistema di navigazione autonomo in grado di calcolare la traiettoria di un mezzo aereo, noti che siano a priori dei punti di posizione detti waypoint. A partire da questa traiettoria, è possibile ottenere la sua rappresentazione in un codice che mette a disposizione immagini satellitari e ricavare le viste del terreno sorvolato in una serie di punti calcolati, in modo da garantire in ogni sequenza la presenza di elementi comuni rispetto a quella precedente. Lo scopo della realizzazione di questa banca dati è rendere possibili futuri sviluppi di algoritmi di navigazione basati su deep learning e reti neurali. Le immagini virtuali ottenute del terreno saranno in futuro applicate alla navigazione autonoma per agricoltura di precisione mediante droni. Per lo studio condotto è stato simulato un generico velivolo, con o senza pilota, dotato di una videocamera fissata su una sospensione cardanica a tre assi (gimbal). La tesi, dunque, introduce ai più comuni metodi di determinazione della posizione dei velivoli e alle più recenti soluzioni basate su algoritmi di Deep Learning e sistemi vision-based con reti neurali e segue in un approfondimento sul metodo di conversione degli angoli e sulla teoria matematica che ne sta alla base. Successivamente, analizza nel dettaglio il processo di simulazione della navigazione autonoma e della determinazione della traiettoria in ambiente software Matlab e Simulink, procedendo nell’analisi di alcuni casi di studio in ambienti realistici. L’elaborato si conclude con un breve riepilogo di quanto svolto e con alcune considerazioni sugli sviluppi futuri.

studio ed ottimizzazione del modello di valutazione del rapporto fra risorse ed obiettivi di consegna in un’azienda leader nel settore del packaging farmaceutico e cosmetico

Il presente elaborato di tesi riguarda uno studio che è stato portato avanti durante il tirocinio curriculare svolto nell’ufficio Engineering di Marchesini Group S.p.A., azienda leader nella produzione di macchine automatiche per il packaging di prodotti farmaceutici e cosmetici. Dopo aver riscontrato alcune criticità nelle modalità con le quali vengono attualmente pianificate e gestite le risorse appartenenti ai team produttivi e con le quali vengono valutati i carichi di lavoro, si sono elaborati dei modelli e degli strumenti che permettono di migliorare ed ottimizzare l’assegnazione delle risorse ai gruppi e di visualizzare in tempo reale la distribuzione dell’impegno di lavoro dei reparti in relazione alla disponibilità in produzione. Le proposte supportano il trend dell’attuale contesto produttivo di garantire un elevato livello di servizio al cliente rispettandone le richieste e i tempi stabiliti. Difatti, un’assegnazione corretta delle risorse in produzione consente di ridurre i ritardi e le inefficienze e, di conseguenza, di migliorare i lead time. In aggiunta, una correlazione chiara e strutturata fra le risorse e gli obiettivi raggiungibili permette di conseguire con maggiore sicurezza i risultati economici stabiliti, evitando di perdere parte del valore potenzialmente collaudabile.

La valutazione del rischio causato dalla movimentazione manuale dei carichi nella grande distribuzione organizzata: un caso di studio

Il presente lavoro di tesi si pone come obiettivo la valutazione del rischio causato dalla movimentazione manuale dei carichi in un supermercato di proprietà di una società operante nel settore della grande distribuzione organizzata, al fine di ottenere degli indici di rischio rappresentativi della complessità dell’attività lavorativa, che consentano di implementare le misure di riduzione del rischio per garantire la tutela della salute e della sicurezza dei lavoratori. Le metodologie utilizzate per condurre la valutazione del rischio sono quelle contenute nella norma UNI ISO 11228 Ergonomics – Manual Handling; tra queste figurano la metodologia dello standard UNI ISO 11228-1, da applicare alle attività di sollevamento, abbassamento e trasporto manuale dei carichi, la metodologia dello standard UNI ISO 11228-2 per le operazioni di traino e spinta ed infine le metodologie dello standard UNI ISO 11228-3 per l’analisi della movimentazione di bassi carichi ad alta frequenza. Tra le mansioni svolte dagli addetti di un supermercato, quelle che coinvolgono la movimentazione manuale dei carichi sono le operazioni di allestimento delle scaffalature o dei banchi espositivi in area vendita, la sistemazione dei prodotti in zona riserva, il trasferimento della merce mediante roll-cointainers o transpallet manuali e le attività di cassa. Tali compiti possono comportare uno sforzo fisico notevole per la colonna vertebrale ed infatti i dati più recenti mostrano che i disturbi muscolo-scheletrici rappresentano la causa primaria di malattia professionale. Pertanto la valutazione del rischio causato dalla movimentazione manuale dei carichi richiede un’elevata attenzione da parte di chi si occupa di sicurezza sul lavoro e deve essere condotta secondo un approccio integrato, che consideri tutti gli elementi dell’attività lavorativa.

Stima dell'abbondanza di Tursiops truncatus nella provincia di Agrigento (Stretto di Sicilia)

Le zone marittime meridionali della Sicilia sono costantemente studiate per capire il loro stato ecologico e la biodiversità che nel tempo tende a cambiare. Uno dei fattori utili per approfondire l’analisi dell’ecosistema marino è lo studio e la stima delle popolazioni che occupano queste aree. Le popolazioni più soggette a questa ricerca sono quelle della specie del delfino tursiope (Tursiops truncatus), una delle poche appartenenti all’infraordine dei cetacei ad essere presente vicino alla costa. Ogni anno, questi mammiferi marini vengono studiati dall’ente presente nel territorio di Agrigento (Stretto di Sicilia), l’associazione MeRiS - Mediterraneo Ricerca e Sviluppo APS, per monitorare e aggiornare le informazioni sull’abbondanza e la distribuzione delle popolazioni, che si evolvono nel tempo. La presente ricerca vuole valutare e stimare l’abbondanza della popolazione del tursiope nelle acque antistanti la provincia di Agrigento, nello Stretto di Sicilia, grazie ai dati acquisiti negli avvistamenti effettuati dal 2016 al 2022. Attraverso la tecnica di foto-identificazione sono testati i metodi utilizzati dall’Associazione MeRiS, per offrire una visione della struttura sociale della specie, del suo areale di distribuzione e incrementare le conoscenze per lo studio dello stato ecologico nell’area di indagine. Lo studio ha dimostrato la capacità delle tecniche di stima messe in atto nella valutazione delle popolazioni. Inoltre, l’impegno nell’utilizzo della tecnica di campionamento della foto-identificazione è stato davvero fondamentale per il compimento sia di questa ricerca, ma anche per la maggior parte degli studi citati; perciò, questo metodo è senza ombra di dubbio uno dei mezzi più convenienti per il monitoraggio delle popolazioni marittime.