A practical system for hands-off computer interaction based on electromyogram (EMG)/eye gaze tracking (EGT)

Effective interaction with personal computers is a basic requirement for many of the functions that are performed in our daily lives. With the rapid emergence of the Internet and the World Wide Web, computers have become one of the premier means of communication in our society. Unfortunately, these advances have not become equally accessible to physically handicapped individuals. In reality, a significant number of individuals with severe motor disabilities, due to a variety of causes such as Spinal Cord Injury (SCI), Amyothrophic Lateral Sclerosis (ALS), etc., may not be able to utilize the computer mouse as a vital input device for computer interaction. The purpose of this research was to further develop and improve an existing alternative input device for computer cursor control to be used by individuals with severe motor disabilities. This thesis describes the development and the underlying principle for a practical hands-off human-computer interface based on Electromyogram (EMG) signals and Eye Gaze Tracking (EGT) technology compatible with the Microsoft Windows operating system (OS). Results of the software developed in this thesis show a significant improvement in the performance and usability of the EMG/EGT cursor control HCI.

A method for enhancing digital information displayed to computer users with visual refractive errors via spatial and spectral processing

This research pursued the conceptualization, implementation, and verification of a system that enhances digital information displayed on an LCD panel to users with visual refractive errors. The target user groups for this system are individuals who have moderate to severe visual aberrations for which conventional means of compensation, such as glasses or contact lenses, does not improve their vision. This research is based on a priori knowledge of the user's visual aberration, as measured by a wavefront analyzer. With this information it is possible to generate images that, when displayed to this user, will counteract his/her visual aberration. The method described in this dissertation advances the development of techniques for providing such compensation by integrating spatial information in the image as a means to eliminate some of the shortcomings inherent in using display devices such as monitors or LCD panels. Additionally, physiological considerations are discussed and integrated into the method for providing said compensation. In order to provide a realistic sense of the performance of the methods described, they were tested by mathematical simulation in software, as well as by using a single-lens high resolution CCD camera that models an aberrated eye, and finally with human subjects having various forms of visual aberrations. Experiments were conducted on these systems and the data collected from these experiments was evaluated using statistical analysis. The experimental results revealed that the pre-compensation method resulted in a statistically significant improvement in vision for all of the systems. Although significant, the improvement was not as large as expected for the human subject tests. Further analysis suggest that even under the controlled conditions employed for testing with human subjects, the characterization of the eye may be changing. This would require real-time monitoring of relevant variables (e.g. pupil diameter) and continuous adjustment in the pre-compensation process to yield maximum viewing enhancement.

Comparison of Computer-Based and Optical Face Recognition Paradigms

The main objectives of this thesis are to validate an improved principal components analysis (IPCA) algorithm on images; designing and simulating a digital model for image compression, face recognition and image detection by using a principal components analysis (PCA) algorithm and the IPCA algorithm; designing and simulating an optical model for face recognition and object detection by using the joint transform correlator (JTC); establishing detection and recognition thresholds for each model; comparing between the performance of the PCA algorithm and the performance of the IPCA algorithm in compression, recognition and, detection; and comparing between the performance of the digital model and the performance of the optical model in recognition and detection. The MATLAB © software was used for simulating the models. PCA is a technique used for identifying patterns in data and representing the data in order to highlight any similarities or differences. The identification of patterns in data of high dimensions (more than three dimensions) is too difficult because the graphical representation of data is impossible. Therefore, PCA is a powerful method for analyzing data. IPCA is another statistical tool for identifying patterns in data. It uses information theory for improving PCA. The joint transform correlator (JTC) is an optical correlator used for synthesizing a frequency plane filter for coherent optical systems. The IPCA algorithm, in general, behaves better than the PCA algorithm in the most of the applications. It is better than the PCA algorithm in image compression because it obtains higher compression, more accurate reconstruction, and faster processing speed with acceptable errors; in addition, it is better than the PCA algorithm in real-time image detection due to the fact that it achieves the smallest error rate as well as remarkable speed. On the other hand, the PCA algorithm performs better than the IPCA algorithm in face recognition because it offers an acceptable error rate, easy calculation, and a reasonable speed. Finally, in detection and recognition, the performance of the digital model is better than the performance of the optical model.

Integration Of Parking Assist Module with Body Computer Module.

This dissertation is focussed on integration of a Parking assist module ECU inside a Body computer Module. This project is aligned with the development of current electrical architecture into the next generation Lumped electrical architecture.

SKAN: Skin Scanner - System for Skin Cancer Detection Using Adaptive Techniques

SKAN: Skin Scanner - System for Skin Cancer Detection Using Adaptive Techniques - combines computer engineering concepts with areas like dermatology and oncology. Its objective is to discern images of skin cancer, specifically melanoma, from others that show only common spots or other types of skin diseases, using image recognition. This work makes use of the ABCDE visual rule, which is often used by dermatologists for melanoma identification, to define which characteristics are analyzed by the software. It then applies various algorithms and techniques, including an ellipse-fitting algorithm, to extract and measure these characteristics and decide whether the spot is a melanoma or not. The achieved results are presented with special focus on the adaptive decision-making and its effect on the diagnosis. Finally, other applications of the software and its algorithms are presented.

Detecção e seguimento de objectos em imagens termográficas: análise experimental de modelos de descrição

A instalação de sistemas de videovigilância, no interior ou exterior, em locais como aeroportos, centros comerciais, escritórios, edifícios estatais, bases militares ou casas privadas tem o intuito de auxiliar na tarefa de monitorização do local contra eventuais intrusos. Com estes sistemas é possível realizar a detecção e o seguimento das pessoas que se encontram no ambiente local, tornando a monitorização mais eficiente. Neste contexto, as imagens típicas (imagem natural e imagem infravermelha) são utilizadas para extrair informação dos objectos detectados e que irão ser seguidos. Contudo, as imagens convencionais são afectadas por condições ambientais adversas como o nível de luminosidade existente no local (luzes muito fortes ou escuridão total), a presença de chuva, de nevoeiro ou de fumo que dificultam a tarefa de monitorização das pessoas. Deste modo, tornou‐se necessário realizar estudos e apresentar soluções que aumentem a eficácia dos sistemas de videovigilância quando sujeitos a condições ambientais adversas, ou seja, em ambientes não controlados, sendo uma das soluções a utilização de imagens termográficas nos sistemas de videovigilância. Neste documento são apresentadas algumas das características das câmaras e imagens termográficas, assim como uma caracterização de cenários de vigilância. Em seguida, são apresentados resultados provenientes de um algoritmo que permite realizar a segmentação de pessoas utilizando imagens termográficas. O maior foco desta dissertação foi na análise dos modelos de descrição (Histograma de Cor, HOG, SIFT, SURF) para determinar o desempenho dos modelos em três casos: distinguir entre uma pessoa e um carro; distinguir entre duas pessoas distintas e determinar que é a mesma pessoa ao longo de uma sequência. De uma forma sucinta pretendeu‐se, com este estudo, contribuir para uma melhoria dos algoritmos de detecção e seguimento de objectos em sequências de vídeo de imagens termográficas. No final, através de uma análise dos resultados provenientes dos modelos de descrição, serão retiradas conclusões que servirão de indicação sobre qual o modelo que melhor permite discriminar entre objectos nas imagens termográficas.

BIT: Biosignal Igniter Toolkit

The study of biosignals has had a transforming role in multiple aspects of our society, which go well beyond the health sciences domains to which they were traditionally associated with. While biomedical engineering is a classical discipline where the topic is amply covered, today biosignals are a matter of interest for students, researchers and hobbyists in areas including computer science, informatics, electrical engineering, among others. Regardless of the context, the use of biosignals in experimental activities and practical projects is heavily bounded by the cost, and limited access to adequate support materials. In this paper we present an accessible, albeit versatile toolkit, composed of low-cost hardware and software, which was created to reinforce the engagement of different people in the field of biosignals. The hardware consists of a modular wireless biosignal acquisition system that can be used to support classroom activities, interface with other devices, or perform rapid prototyping of end-user applications. The software comprehends a set of programming APIs, a biosignal processing toolbox, and a framework for real time data acquisition and postprocessing. (C) 2014 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Ferramenta de apoio ao projeto, configuração e gestão de instalações domóticas

Esta dissertação apresenta o trabalho realizado no âmbito da unidade curricular de Tese / Dissertação (TEDI) do Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores – Especialização em Automação e Sistemas em parceria com a empresa Live Simply, uma empresa de domótica que decidiu apostar na inovação e no desenvolvimento de serviços e produtos de valor acrescentado para consolidar a sua posição no mercado. Neste contexto, foram identificadas como mais-valias para a Live Simply a conceção, por um lado, de uma ferramenta de apoio técnico de integração e simplificação das fases de projeto, configuração e gestão de instalações domóticas e, por outro lado, de uma interface com a instalação para o cliente consultar e alterar, em tempo real, o estado dos atuadores. Depois de analisadas as tecnologias disponíveis, selecionaram-se as soluções a adotar (linguagens de programação, servidores de base de dados e ambientes de desenvolvimento), definiu-se a arquitetura do sistema, detalhando-se os módulos de projeto, configuração e gestão de instalações, a estrutura da base de dados assim como o hardware de controlo da instalação. De seguida, procedeu-se ao desenvolvimento dos módulos de software e à configuração e programação do módulo de hardware. Por último, procedeu-se a um conjunto exaustivo de testes aos diferentes módulos que demonstraram o correto funcionamento da ferramenta e a adequação das tecnologias empregues. A ferramenta de apoio técnico realizada integra as fases do projeto, configuração e gestão de instalações domóticas, permitindo melhorar o desempenho dos técnicos e a resposta aos clientes. A interface oferecida ao dono da instalação é uma interface Web de aspeto amigável e fácil utilização que permite consultar e modificar em tempo real o estado da instalação.

BITalino: a novel hardware framework for physiological computing

Physical computing has spun a true global revolution in the way in which the digital interfaces with the real world. From bicycle jackets with turn signal lights to twitter-controlled christmas trees, the Do-it-Yourself (DiY) hardware movement has been driving endless innovations and stimulating an age of creative engineering. This ongoing (r)evolution has been led by popular electronics platforms such as the Arduino, the Lilypad, or the Raspberry Pi, however, these are not designed taking into account the specific requirements of biosignal acquisition. To date, the physiological computing community has been severely lacking a parallel to that found in the DiY electronics realm, especially in what concerns suitable hardware frameworks. In this paper, we build on previous work developed within our group, focusing on an all-in-one, low-cost, and modular biosignal acquisition hardware platform, that makes it quicker and easier to build biomedical devices. We describe the main design considerations, experimental evaluation and circuit characterization results, together with the results from a usability study performed with volunteers from multiple target user groups, namely health sciences and electrical, biomedical, and computer engineering. Copyright © 2014 SCITEPRESS - Science and Technology Publications. All rights reserved.

Projeto, desenvolvimento e implementação de um robô nadador de inspiração biológica

A elaboração deste trabalho surge no âmbito da unidade curricular de Tese/Dissertação, pertencente ao Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e Computadores, ramo de Automação e Sistemas, do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). Este trabalho enquadra-se no âmbito da robótica de inspiração biológica no meio aquático. Pretendeu-se com este trabalho desenvolver e implementar um robô nadador de inspiração biológica. Inicialmente foi realizado um estudo acerca da locomoção dos peixes, para perceber a sua forma de se movimentar. Foi ainda efetuado um estudo acerca dos robôs nadadores existentes, de forma a verificar a sua constituição e formas de locomoção. Numa fase inicial foi desenvolvido um protótipo e, de seguida, procedeu-se à implementação do robô de uma forma sequencial. Implementou-se a estrutura do robô, com o objetivo de se assemelhar o mais possível com um peixe biológico. Foram utilizados servomotores para a locomoção do robô. Para que o robô possua a capacidade de se movimentar numa determinada direção recorreu-se à utilização de uma bússola digital. Posteriormente introduziu-se um emissor/recetor de radiofrequência (RF) para ligar/desligar o robô. Numa fase final procederam-se aos testes da locomoção do robô. Nos ensaios realizados verificou-se que o robô conseguiu nadar com estabilidade e com sentido de direção.

Model morphisms (MoMo) to enable language independent information models and interoperable business networks

MSc. Dissertation presented at Faculdade de Ciências e Tecnologia of Universidade Nova de Lisboa to obtain the Master degree in Electrical and Computer Engineering

TV Recommendation and Personalization Systems: Integrating Broadcast and Video On-demand Services

he expansion of Digital Television and the convergence between conventional broadcasting and television over IP contributed to the gradual increase of the number of available channels and on demand video content. Moreover, the dissemination of the use of mobile devices like laptops, smartphones and tablets on everyday activities resulted in a shift of the traditional television viewing paradigm from the couch to everywhere, anytime from any device. Although this new scenario enables a great improvement in viewing experiences, it also brings new challenges given the overload of information that the viewer faces. Recommendation systems stand out as a possible solution to help a watcher on the selection of the content that best fits his/her preferences. This paper describes a web based system that helps the user navigating on broadcasted and online television content by implementing recommendations based on collaborative and content based filtering. The algorithms developed estimate the similarity between items and users and predict the rating that a user would assign to a particular item (television program, movie, etc.). To enable interoperability between different systems, programs characteristics (title, genre, actors, etc.) are stored according to the TV-Anytime standard. The set of recommendations produced are presented through a Web Application that allows the user to interact with the system based on the obtained recommendations.

Time-domain optimization of amplifiers based on distributed genetic algorithms

Thesis presented in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in the subject of Electrical and Computer Engineering

Parametric analog signal amplification applied to nanoscale cmos wireless digital transceivers

Thesis presented in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in the subject of Electrical and Computer Engineering by the Universidade Nova de Lisboa,Faculdade de Ciências e Tecnologia

Desenvolvimento de um robô com pernas inspirado no Alfaiate

A elaboração deste trabalho surge no âmbito da unidade curricular de Tese/Dissertação, integrada no Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores do Instituto Superior de Engenharia do Porto. O trabalho enquadra-se no âmbito da robótica de inspiração biológica, mais concretamente no desenvolvimento de um robô que apresente caraterísticas de locomoção similares ao inseto Alfaiate, modificando para este efeito um robô hexápode já existente. Inicialmente efetuou-se um estudo sobre a biologia do Alfaiate e dos vários tipos de padrões de locomoção adotados pelos animais. De seguida foi realizado um estudo sobre alguns robôs já existentes inspirados neste inseto. Após a realização desta fase de estudo, foram implementadas modificações ao robô hexápode, de forma a este conseguir apoiar-se e movimentar-se sobre a superfície da água. Para tal foram utilizados apoios em esferovite para as pernas, servomotores para a atuação e um sensor de IRPD para orientar o robô na sua trajetória. Em termos de controlo da estabilidade do corpo utilizou-se um giroscópio para permitir ao robô manter o seu corpo horizontal durante a locomoção em águas agitadas. Este trabalho termina com a realização de testes a diferentes padrões de locomoção, de forma a validar o que apresenta a melhor resposta em termos de velocidade.