Coding mode decision algorithm for binary descriptor coding

In visual sensor networks, local feature descriptors can be computed at the sensing nodes, which work collaboratively on the data obtained to make an efficient visual analysis. In fact, with a minimal amount of computational effort, the detection and extraction of local features, such as binary descriptors, can provide a reliable and compact image representation. In this paper, it is proposed to extract and code binary descriptors to meet the energy and bandwidth constraints at each sensing node. The major contribution is a binary descriptor coding technique that exploits the correlation using two different coding modes: Intra, which exploits the correlation between the elements that compose a descriptor; and Inter, which exploits the correlation between descriptors of the same image. The experimental results show bitrate savings up to 35% without any impact in the performance efficiency of the image retrieval task. © 2014 EURASIP.

Projeto e implementação de um pré-regulador de fator de potência com controlo digital

Hoje em dia as fontes de alimentação possuem correção do fator de potência, devido às diversas normas regulamentares existentes, que introduziram grandes restrições no que respeita à distorção harmónica (THD) e fator de potência (FP). Este trabalho trata da análise, desenvolvimento e implementação de um Pré-Regulador de fator de potência com controlo digital. O controlo digital de conversores com recurso a processamento digital de sinal tem vindo a ser ao longo dos últimos anos, objeto de investigação e desenvolvimento, estando constantemente a surgirem modificações nas topologias existentes. Esta dissertação tem como objetivo estudar e implementar um Pré-Regulador Retificador Boost e o respetivo controlo digital. O controlo do conversor é feito através da técnica dos valores médios instantâneos da corrente de entrada, desenvolvido através da linguagem de descrição de hardware VHDL (VHSIC HDL – Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) e implementado num dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array) Spartan-3E. Neste trabalho são apresentadas análises matemáticas, para a obtenção das funções de transferência pertinentes ao projeto dos controladores. Para efetuar este controlo é necessário adquirir os sinais da corrente de entrada, tensão de entrada e tensão de saída. O sinal resultante do módulo de controlo é um sinal de PWM com valor de fator de ciclo variável ao longo do tempo. O projeto é simulado e validado através da plataforma MatLab/Simulink e PSIM, onde são apresentados resultados para o regime permanente e para transitórios da carga e da tensão de alimentação. Finalmente, o Pré-Regulador Retificador Boost controlado de forma digital é implementado em laboratório. Os resultados experimentais são apresentados para validar a metodologia e o projeto desenvolvidos.

Low-cost vibration sensors: tendencies and applications in condition monitoring of machines and structures

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Retificador monofásico com fator de potência quase unitário

Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica Ramo de Automação e Eletrónica Industrial

Blind hyperspectral unmixing

Hyperspectral unmixing methods aim at the decomposition of a hyperspectral image into a collection endmember signatures, i.e., the radiance or reflectance of the materials present in the scene, and the correspondent abundance fractions at each pixel in the image. This paper introduces a new unmixing method termed dependent component analysis (DECA). This method is blind and fully automatic and it overcomes the limitations of unmixing methods based on Independent Component Analysis (ICA) and on geometrical based approaches. DECA is based on the linear mixture model, i.e., each pixel is a linear mixture of the endmembers signatures weighted by the correspondent abundance fractions. These abundances are modeled as mixtures of Dirichlet densities, thus enforcing the non-negativity and constant sum constraints, imposed by the acquisition process. The endmembers signatures are inferred by a generalized expectation-maximization (GEM) type algorithm. The paper illustrates the effectiveness of DECA on synthetic and real hyperspectral images.

Algorithms for time series clustering applied to biomedical signals

Thesis submitted in the fulfillment of the requirements for the Degree of Master in Biomedical Engineering

Fractional order describing functions

This paper addresses limit cycles and signal propagation in dynamical systems with backlash. The study follows the describing function (DF) method for approximate analysis of nonlinearities and generalizes it in the perspective of the fractional calculus. The concept of fractional order describing function (FDF) is illustrated and the results for several numerical experiments are analysed. FDF leads to a novel viewpoint for limit cycle signal propagation as time-space waves within system structure.

Fractional Order Description of DNA

This study addresses the deoxyribonucleic acid (DNA) and proposes a procedure based on the association of statistics, information theory, signal processing, Fourier analysis and fractional calculus for describing fundamental characteristics of the DNA. In a first phase the 24 chromosomes of the Human are evaluated. In a second phase, 10 chromosomes for different species are also processed and the results compared. The results reveal invariance in the description and close resemblances with fractional Brownian motion.

Towards a classification scheme for musical sounds

Signal Processing: Algorithms, Architectures, Arrangements, and Applications (SPA), 2013

Long-term biosignals visualization and processing

Thesis submitted in the fulfillment of the requirements for the Degree of Master in Biomedical Engineering

Análise da sonolência na condução rodoviária a partir de sinais EEG

A Sociedade Europeia de Pesquisa do Sono realizou muito recentemente um estudo, onde mostrou que a prevalência média de adormecimento ao volante nos últimos 2 anos foi de 17%. Além disto, tem sido provado por todo o mundo que a sonolência durante a condução é uma das principais causas de acidentes de trânsito. Torna-se assim conveniente, o desenvolvimento de sistemas que analisem a suscetibilidade de um determinado condutor para adormecer no trânsito, bem como de ferramentas que monitorem em tempo real o estado físico e mental do condutor, para alertarem nos momentos críticos. Apesar do estudo do sono se ter iniciado há vários anos, a maioria das investigações focaram-se no ciclo normal do sono, estudando os indivíduos de forma relaxada e de olhos fechados. Só mais recentemente, têm surgido os estudos que se focam nas situações de sonolência em atividade, como _e o caso da condução. Uma grande parte Dos estudos da sonolência em condução têm utilizado a eletroencefalografia (EEG), de forma a perceber se existem alterações nas diferentes bandas de frequência desta, que possam indicar o estado de sonolência do condutor. Além disso, a evolução da sonolência a partir de alterações no piscar dos olhos (que podem ser vistas nos sinais EEG) também tem sido alvo de grande pesquisa, tendo vindo a revelar resultados bastante promissores. Neste contexto e em parceria com a empresa HealthyRoad, esta tese está integrada no projeto HealthyDrive, que visa o desenvolvimento de um sistema de alerta e deteção de sinais de fadiga e sonolência nos condutores de veículos automóveis. A contribuição desta tese no projeto prendeu-se com o estudo da sonolência dos indivíduos em condução a partir de sinais EEG, para desta forma investigar possíveis indicadores dos diferentes níveis desta que possam ser utilizados pela empresa no projeto. Foram recolhidos e analisados 17 sinais EEG de indivíduos em simulação de condução. Além disso foram desenvolvidos dois métodos de análise destes sinais: O primeiro para a deteção e análise dos piscar de olhos a partir de EEG, o segundo para análise do espetro de potência. Ambos os métodos foram utilizados para analisar os sinais recolhidos e investigar que tipo de relação existe entre a sonolência do condutor e as alterações nos piscares dos olhos, bem como as alterações do espetro do EEG. Os resultados mostraram uma correlação entre a duração do piscar de olhos e a sonolência do condutor. Com o aumento da sonolência velicou-se um aumento da duração do piscar, desencadeado principalmente pelo aumento na duração de fecho, que chegou aos 51.2%. Em relação ao espectro de potência, os resultados sugerem que a potência relativa de todas as bandas analisadas fornecem informações relevantes sobre a sonolência do condutor. Além disso, o parâmetro (_+_)/_ demostrou estar relacionado com variações da sonolência, diminuindo com o seu avanço e aumentando significativamente (111%) no instante em que os condutores adormeceram.

Algorithm for the Parkinson’s disease behavioural models characterization using a biosensor

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Design and development of a microfluidic platform for use with colorimetric gold nanoprobe assays

Due to the importance and wide applications of the DNA analysis, there is a need to make genetic analysis more available and more affordable. As such, the aim of this PhD thesis is to optimize a colorimetric DNA biosensor based on gold nanoprobes developed in CEMOP by reducing its price and the needed volume of solution without compromising the device sensitivity and reliability, towards the point of care use. Firstly, the price of the biosensor was decreased by replacing the silicon photodetector by a low cost, solution processed TiO2 photodetector. To further reduce the photodetector price, a novel fabrication method was developed: a cost-effective inkjet printing technology that enabled to increase TiO2 surface area. Secondly, the DNA biosensor was optimized by means of microfluidics that offer advantages of miniaturization, much lower sample/reagents consumption, enhanced system performance and functionality by integrating different components. In the developed microfluidic platform, the optical path length was extended by detecting along the channel and the light was transmitted by optical fibres enabling to guide the light very close to the analysed solution. Microfluidic chip of high aspect ratio (~13), smooth and nearly vertical sidewalls was fabricated in PDMS using a SU-8 mould for patterning. The platform coupled to the gold nanoprobe assay enabled detection of Mycobacterium tuberculosis using 3 8l on DNA solution, i.e. 20 times less than in the previous state-of-the-art. Subsequently, the bio-microfluidic platform was optimized in terms of cost, electrical signal processing and sensitivity to colour variation, yielding 160% improvement of colorimetric AuNPs analysis. Planar microlenses were incorporated to converge light into the sample and then to the output fibre core increasing 6 times the signal-to-losses ratio. The optimized platform enabled detection of single nucleotide polymorphism related with obesity risk (FTO) using target DNA concentration below the limit of detection of the conventionally used microplate reader (i.e. 15 ng/μl) with 10 times lower solution volume (3 μl). The combination of the unique optical properties of gold nanoprobes with microfluidic platform resulted in sensitive and accurate sensor for single nucleotide polymorphism detection operating using small volumes of solutions and without the need for substrate functionalization or sophisticated instrumentation. Simultaneously, to enable on chip reagents mixing, a PDMS micromixer was developed and optimized for the highest efficiency, low pressure drop and short mixing length. The optimized device shows 80% of mixing efficiency at Re = 0.1 in 2.5 mm long mixer with the pressure drop of 6 Pa, satisfying requirements for the application in the microfluidic platform for DNA analysis.

Tailored magnetic and magnetoelectric responses of polymer-based composites

The manipulation of electric ordering with applied magnetic fields has been realized on magnetoelectric (ME) materials, however, their ME switching is often accompanied by significant hysteresis and coercivity that represents, for some applications, a severe weakness. To overcome this obstacle, this work focus on the development of a new type of ME polymer nanocomposites that exhibits tailored ME response at room temperature. The multiferroic nanocomposites are based on three different ferrite nanoparticles, Zn0.2Mn0.8Fe2O4 (ZMFO), CoFe2O4 (CFO) and Fe3O4 (FO), dispersed in a piezoelectric co-polymer poly(vinylindene fluoride-trifluoroethylene), P(VDF-TrFE), matrix. No substantial differences were detected on the time-stable piezoelectric response of the composites (≈ -28 pC.N−1) with distinct ferrite fillers and for the same ferrite content of 10wt.%. Magnetic hysteresis loops from pure ferrite nanopowders showed different magnetic responses. ME results of the nanocomposite films with 10wt.% ferrite content revealed that the ME induced voltage increases with increasing DC magnetic field until a maximum of 6.5 mV∙cm−1∙Oe−1, at an optimum magnetic field of 0.26 T, and 0.8 mV∙cm−1∙Oe−1, at an optimum magnetic field of 0.15T, for the CFO/P(VDF-TrFE) and FO/P(VDF-TrFE) composites, respectively. On the contrary, the ME response of the ZMFO/P(VDF-TrFE) exposed no hysteresis and high dependence on the ZMFO filler content. Possible innovative applications such as memories and information storage, signal processing, ME sensors and oscillators have been addressed for such ferrite/PVDF nanocomposites.

Experimentació amb un receptor software GPS-Galileo d'alta sensibilitat per a entorns interiors

Este proyecto se centra en el análisis de señales GPS, utilizando un receptor software desarrollado con Matlab en un proyecto de investigación para la Agencia Espacial Europea (ESA), llevado a cabo por parte del departamento de Telecomunicaciones e Ingeniería de Sistemas de la ETSE. Este software utiliza técnicas de procesado de señal de alta sensibilidad (HS-GNSS) que permite al usuario determinar su posición en entornos de difícil propagación como puede ser el caso de los escenarios interiores. Los datos experimentales se analizan en función del nivel de multipath que afecta a la señal de cada uno de los satélites, y la degradación que los escenarios interiores provocan en las señales, a causa del mobiliario, paredes, personas, etc. Para analizar los datos experimentales, se ha utilizado una métrica presentada en el congreso internacional EuCAP 2009, con la que es posible caracterizar las señales en función del nivel de multipath.