Identificazione di caratteristiche rilevanti in capi di abbigliamento mediante deep-learning

Il mondo della moda è in continua e costante evoluzione, non solo dal punto di vista sociale, ma anche da quello tecnologico. Nel corso del presente elaborato si è studiata la possibilità di riconoscere e segmentare abiti presenti in una immagine utilizzando reti neurali profonde e approcci moderni. Sono state, quindi, analizzate reti quali FasterRCNN, MaskRCNN, YOLOv5, FashionPedia e Match-RCNN. In seguito si è approfondito l’addestramento delle reti neurali profonde in scenari di alta parallelizzazione e su macchine dotate di molteplici GPU al fine di ridurre i tempi di addestramento. Inoltre si è sperimentata la possibilità di creare una rete per prevedere se un determinato abito possa avere successo in futuro analizzando semplicemente dati passati e una immagine del vestito in questione. Necessaria per tali compiti è stata, inoltre, una approfondita analisi dei dataset esistenti nel mondo della moda e dei metodi per utilizzarli per l’addestramento. Il presente elaborato è stato svolto nell’ambito del progetto FA.RE.TRA. per il quale l'Università di Bologna svolge un compito di consulenza per lo studio di fattibilità su reti neurali in grado di svolgere i compiti menzionati.

Il Teorema di Morse-Sard

Questa tesi riguarda il Teorema di Morse-Sard nella sua versione generale. Tale teorema afferma che l'immagine dei punti critici di una funzione di classe C^k da un aperto di R^m a R^n è un insieme di misura di Lebesgue nulla se k >= m-n+1 (se m >= n) o se k >= 1 (se mDi tale teorema diamo una dimostrazione, tratta dall’articolo di Moreira-Ruas (2009). Dimostriamo inoltre il Teorema di Varberg (1966) riguardante il caso delle funzioni differenziabili con m=n. Si fornisce poi un’applicazione del Teorema di Morse-Sard: la formula di Coarea per funzioni a valori reali.

Valorizzazione e restauro delle mura di borgo San Giuliano in Rimini: facilitazione alla lettura e nuovi percorsi archeologici romano-medievali

Il lavoro di tesi si pone l'obiettivo di valorizzare la cinta muraria medievale della città di Rimini attraverso la progettazione di un sistema di percorsi archeologici, analizzando le criticità e sviluppando linee guida per il restauro e la riqualificazione dell’ambiente circostante. Il lavoro è diviso in fasi: 1-Ricerca storica di tipo archivistico e iconografico per indagare l’evoluzione del sistema difensivo partendo dalle origini fino alle recenti demolizioni. 2-Sulla base delle trilaterazioni in possesso, si è proceduto al rilievo diretto della cinta muraria di San Giuliano con l’obiettivo di comprendere la fabbrica delle mura e restituire graficamente lo stato dell’opera nelle parti che la compongono, in particolare della torre malatestiana e la scala riportandole informazioni necessarie al restauro. Si sono poi rilevate le criticità dell’area circostante le mura. 3-Si è elaborata una proposta progettuale di restauro in merito: -alla riqualificazione del parco con un progetto di restauro urbano degli spazi verdi e dei percorsi ciclo-pedonali per facilitare la lettura del tracciato storico e favorire la fruizione ai cittadini creando punti di ritrovo e di sosta; -alle mura, fondata sui principi di reversibilità, distinguibilità e minimo intervento restituendo un’idea volumetrica dell'immagine interrotta del monumento, minimi interventi di ripristino, la chiusura del varco incongruo della torre; -ai percorsi archeologici per facilitare la lettura della cinta muraria creando un sistema circolare sia interno che esterno tramite l’installazione di segnaletica sia orizzontale che verticale e la realizzazione di nuovi percorsi ciclo-pedonali collegati a quelli già esistenti. Nell’iter progettuale si sono voluti raggiungere il recupero e la valorizzazione dell’intera cinta muraria riminese collegando diversi interventi puntuali realizzati nel recente passato tramite un sistema organico di opere atte a fornire un’unità di linguaggio facilmente riconoscibile.

Rilevamento geologico e analisi della deformazione fragile dell'area di Passo Rolle

Questo elaborato presenta e discute le osservazioni svolte durante il rilevamento geologico dell’area di Passo Rolle, compilate in una carta geologica corredata di due sezioni geologiche, e alcune ricostruzioni del paleosforzo elaborate a partire dall’evidenza mesostrutturale della deformazione fragile che caratterizza l’area. Queste analisi consentono una migliore comprensione della sequenza litostratigrafica permo-triassica delle Dolomiti e forniscono informazioni sull’evoluzione strutturale della zona. La stratigrafia affiorante rappresenta un intervallo temporale che si estende dal Permiano, con il Piastrone Porfirico Atesino, le Arenarie di Val Gardena e la Formazione a Bellerophon, fino al tetto del Triassico inferiore, con la Formazione di Werfen. La sequenza è tagliata da un fascio di faglie normali subverticali orientate NNW-SSE che ribassano le unità triassiche ad est rispetto alle unità permiane ad ovest. Queste strutture appartengono alla Linea di Passo Rolle, una faglia plurichilometrica orientata N-S, tagliata dal Sovrascorrimento neogenico della Valsugana. La faglia di Passo Rolle si localizzò inizialmente nel Permiano ed è stata successivamente riattivata nel Mesozoico e nel Cenozoico. Dalla carta e dalle sezioni geologiche prodotte risulta evidente tale riattivazione. Sulla base di analisi mesostrutturali sono state identificate due fasi deformative che hanno coinvolto l’area: entrambi transpressive con direzione di raccorciamento principale NNW-SSE e WNW-ESE. Il software Wintensor ha permesso una ricostruzione quantitativa dei regimi dei paleosforzi, sia in termini di tensore di stress ridotto che di magnitudo relativa. Conoscendo la deformazione post-collisionale neoalpina che ha caratterizzato il settore orientale delle Alpi Meridionali e sulla base delle osservazioni durante il rilevamento geologico, è stato possibile collegare le evidenze misurate con le fasi deformative Valsuganese (Miocene) e Schio-Vicenza (Messiniano-Pliocene).

Implementazione e caratterizzazione di PLL digitali per doppler tracking di sonde deep space

I Phase-Locked Loops sono circuiti ancora oggi utilizzati per la generazione di segnali coerenti in frequenza e in fase con i segnali in ingresso, motivo per cui sono uno degli strumenti della radio scienza per la ricostruzione dei segnali scambiati con le sonde e nascosti dal rumore accumulato nel tragitto che separa le sonde stesse dalle stazioni di tracking a terra. Questa tesi illustra l'implementazione di un PLL digitale linearizzato in Matlab e Simulink in una nuova veste rispetto al modello implementato durante l'attività di tirocinio curricolare, al fine di migliorarne le prestazioni per bassi carrier-to-noise density ratios. Il capitolo 1 si compone di due parti: la prima introduce all'ambito nel quale si inserisce il lavoro proposto, ossia la determinazione d'orbita; la seconda illustra i fondamenti della teoria dei segnali. Il capitolo 2 è incentrato sull'analisi dei Phase-Locked Loops, partendo da un'introduzione teorica e approdando all'implementazione di un modello in Simulink. Il capitolo 3, infine, mostra i risultati dell'applicazione del modello implementato in Simulink nell'analisi dei segnali di una missione realmente svolta.

Un'altra stazione. Nuovo centro civico per il Quartiere Vigne di Cesena.

Lo sviluppo della forma di una città nel corso dei secoli è dettato dall’interazione tra ambiente, uomo e il soddisfacimento dei bisogni del tempo. Non sempre, però, queste tre cose si equilibrano e quelli che ne risultano sono spazi privi di caratteristiche proprie. Ne è esempio l’ingresso nord della stazione di Cesena: nonostante la sua posizione centrale all’interno della città e il numero di pendolari che tutti giorni la attraversano, non è ancora riuscito a definire una forma capace di affermarsi all’interno del tessuto urbano. Compreso tra la ferrovia e il parco novello, il progetto si propone la realizzazione di un nuovo complesso pubblico che possa al tempo stesso connettere le due parti di città e stabilire una relazione concreta con il grande corridoio verde. L’area ospiterà nuovi servizi per i viaggiatori e spazi polifunzionali aperti alla cittadinanza al fine di restituire una nuova immagine alla stazione ferroviaria capace di giocare un ruolo attivo nella dinamica urbana diventando polo attrattore del quartiere.

Cryogenic optical readout for a liquid argon neutrino imaging detector

The GRAIN detector is part of the SAND Near Detector of the DUNE neutrino experiment. A new imaging technique involving the collection of the scintillation light will be used in order to reconstruct images of particle tracks in the GRAIN detector. Silicon photomultiplier (SiPM) matrices will be used as photosensors for collecting the scintillation light emitted at 127 nm by liquid argon. The readout of SiPM matrices inside the liquid argon requires the use of a multi-channel mixed-signal ASIC, while the back-end electronics will be implemented in FPGAs outside the cryogenic environment. The ALCOR (A Low-power Circuit for Optical sensor Readout) ASIC, developed by Torino division of INFN, is under study, since it is optimized to readout SiPMs at cryogenic temperatures. I took part in the realization of a demonstrator of the imaging system, which consists of a SiPM matrix connected to a custom circuit board, on which an ALCOR ASIC is mounted. The board communicates with an FPGA. The first step of the present project that I have accomplished was the development of an emulator for the ALCOR ASIC. This emulator allowed me to verify the correct functioning of the initial firmware before the real ASIC itself was available. I programmed the emulator using VHDL and I also developed test benches in order to test its correct working. Furthermore, I developed portions of the DAQ software, which I used for the acquisition of data and the slow control of the ASICs. In addition, I made some parts of the DAQ firmware for the FPGAs. Finally, I tested the complete SiPMs readout system at both room and cryogenic temperature in order to ensure its full functionality.

Tecniche di apprendimento automatico per la ricerca di eventi top-top con l’esperimento ATLAS a LHC

Il Modello Standard è attualmente la teoria che meglio spiega il comportamento della fisica subnucleare, includendo la definizione delle particelle e di tre delle quattro forze fondamentali presenti in natura; risulta però una teoria incompleta sulle cui integrazioni i fisici stanno lavorando in diverse direzioni: uno degli approcci più promettenti nella ricerca di nuova fisica risulta essere quello delle teorie di campo efficaci. Il vertice di interazione del processo di produzione di coppie di quark top dello stesso segno a partire da protoni è fortemente soppresso nel Modello Standard e deve quindi essere interpretato con le teorie di campo efficaci. Il presente elaborato si concentra su questo nuovo approccio per la ricerca di quark top same-sign e si focalizza sull’utilizzo di una rete neurale per discriminare il segnale dal fondo. L’obiettivo è capire se le prestazioni di quest’ultima cambino quando le vengono fornite in ingresso variabili di diversi livelli di ricostruzione. Utilizzando una rete neurale ottimizzata per la discriminazione del segnale dal fondo, le si sono presentati tre set di variabili per l’allenamento: uno di alto livello, il secondo strettamente di basso livello, il terzo copia del secondo con aggiunta delle due variabili principali di b-tagging. Si è dimostrato che la performance della rete in termini di classificazione segnale-fondo rimane pressoché inalterata: la curva ROC presenta aree sottostanti le curve pressoché identiche. Si è notato inoltre che nel caso del set di variabili di basso livello, la rete neurale classifica come input più importanti gli angoli azimutali dei leptoni nonostante questi abbiano distribuzioni identiche tra segnale e fondo: ciò avviene in quanto la rete neurale è in grado di sfruttare le correlazioni tra le variabili come caratteristica discriminante. Questo studio preliminare pone le basi per l’ottimizzazione di un approccio multivariato nella ricerca di eventi con due top dello stesso segno prodotti a LHC.

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.

Analisi fluidodinamica di reattori gas-liquido operanti con giranti multiple

La miscelazione di sistemi gas-liquido all’interno di recipienti meccanicamente agitati ritrova molte applicazioni industriali. I recipienti meccanicamente agitati rappresentano la scelta più conveniente poiché consentono una dispersione ottimale della fase dispersa all’interno della fase continua ed uno scambio di materia e di calore efficiente. I parametri chiave sono il consumo di potenza, l’hold-up di gas ed il regime gas-impeller. La fase sperimentale è stata sviluppata mediante l’utilizzo di un reattore pilota operante con tre turbine Rushton. Il consumo di potenza è stato valutato ed i risultati ottenuti dalle analisi di laboratorio sono stati confrontati con la correlazione empirica di Warmoeskerken (1986). Le tecniche impiegate in passato per la caratterizzazione dei sistemi gas-liquido sono caratterizzate da diversi svantaggi quali la possibilità di essere utilizzate solo per lo studio di sistemi trasparenti, l’intrusività ed i costi alti. Attualmente, la tomografia a resistenza elettrica (ERT) è una delle tecniche di ispezione più utilizzate grazie alla sua potenzialità di fornire informazioni qualitative e quantitativi. Uno degli obiettivi di questo lavoro di tesi è quello di validare una metodologia da seguire per la caratterizzazione dei sistemi gas-liquido. L’ERT è stata utilizzata per la valutazione dell’hold-up di gas e per l’identificazione del regime instaurato all’interno dell’apparecchiatura. I risultati sono stati confrontati con le valutazioni visive e le correlazioni proposte dalla letteratura. La strumentazione dell’ERT comprende un sistema di sensori, un sistema di acquisizione dati (DAS) ed un computer sul quale è installato il software per la ricostruzione dell’immagine, il quale, generalmente, è basato sull’algoritmo linear back - projection. Ulteriore obiettivo di questo lavoro di tesi è quello di investigare sulla convenienza di adoperare un software più sofisticato per la ricostruzione dell’immagine.

Studio sulla sclerocronologia e microstruttura delle valve malformate di Pinna nobilis per dimostrarne la capacità rigenerativa

Il presente studio si pone l’obbiettivo di indagare la capacità rigenerativa di P. nobilis, poiché sono stati osservati in natura individui con probabile ricostruzione delle valve a seguito di danneggiamenti, frequenti in questa specie sessile ed infossata solo in parte nel sedimento. La rigenerazione di parte del guscio potrebbe essere resa possibile in questa specie dalla presenza del mantello “fluido”, non fissato ai lobi della valva e di conseguenza notevolmente retrattile. Sono state analizzate le valve di 19 esemplari che presentavano anomalie strutturali. I campioni provengono da individui morti raccolti durante differenti campagne effettuate in tre aree mediterranee: delta dell’Ebro (Spagna), laguna veneta (Italia) e Port de Sète (Francia). L’analisi dei campioni è avvenuta attraverso l’osservazione microscopica delle sezioni dell’impronta del muscolo adduttore posteriore. In tre campioni, provenienti da aree diverse, è stato possibile documentare l’effettiva ricostruzione delle valve, resa evidente dall’intrusione di depositi di calcite all’interno della madreperla, che si inspessiscono gradualmente in direzione posteriore fino alla formazione della nuova conchiglia. Lo spessore sottile del nuovo strato di calcite e l’assenza delle marche annuali, caratteristiche simili della fase giovanile (in cui l’individuo si accresce velocemente), fa supporre che la ricostruzione avvenga molto rapidamente, ciò sarebbe giustificato dalla necessità di riparare velocemente il danno subito. In tre campioni, nonostante l’avvenuta divisione della valva, è assente il deposito di calcite all’interno della madreperla, probabilmente a causa della ricostruzione avvenuta ad un livello più posteriore. I restanti campioni hanno permesso di osservare la riparazione di piccole porzioni di guscio e dell’apice anteriore e la presenza di depositi di calcite più spessi, probabilmente dovuti al maggior apporto di proteine.

Emissione di sincrotrone e applicazioni astrofisiche

Nel 1932 l'ingegnere e fisico Karl Jansky progettò un’antenna in grado di rilevare onde radio alla frequenza di 20.5 MHz, con la quale notò un'emissione diffusa che proveniva da ogni zona del cielo e si intensificava verso la costellazione del Sagittario. Oggi sappiamo che quella osservata da Jansky è radiazione di sincrotrone. Il meccanismo di emissione di sincrotrone affonda le sue radici nelle leggi dell'elettromagnetismo: quando una particella carica attraversa una regione di spazio in cui è presente un campo magnetico, viene accelerata dalla forza di Lorentz e comincia ad irraggiare in virtù dell'accelerazione subita, come previsto dalla formula di Larmor. A seconda che il moto avvenga a velocità non relativistiche, relativistiche o ultrarelativistiche, l’emissione è chiamata rispettivamente radiazione di ciclotrone, ciclotrone relativistico e sincrotrone. L’emissione diffusa osservata da Jansky, allora, può essere interpretata come radiazione di sincrotrone prodotta dall’interazione delle particelle ultrarelativistiche dei raggi cosmici con il campo magnetico che permea la Via Lattea, mentre l’emissione più intensa nel Sagittario è oggi identificata con la radiosorgente Sagittarius A*, localizzata in corrispondenza del buco nero supermassiccio al centro della Galassia. L’emissione di sincrotrone rappresenta uno dei processi di emissione più rilevanti in Astrofisica ed è in grado di spiegare l’origine di gran parte della radiazione osservata nella banda radio, tanto di quella diffusa quanto di quella generata da radiosorgenti individuali, come radiogalassie e resti di supernova. Le proprietà e la peculiare distribuzione spettrale della radiazione di sincrotrone consentono di ricavare una serie di informazioni sulla sorgente da cui è stata emessa. Per via dello stretto legame con il campo magnetico, inoltre, la radiazione di questo tipo è uno strumento d’indagine fondamentale per la ricostruzione del campo magnetico galattico ed extragalattico.

Voilà, un servizio dedicato ad allenatori e atleti di ginnastica ritmica

Voilà è un servizio dedicato ad allenatori e atleti di ginnastica ritmica. Questa disciplina è uno sport estetico che, idealmente, si pone tra la danza e la ginnastica artistica. In Italia è considerato uno sport minore, nonostante i grandi risultati in campo internazionale. Il progetto si sviluppa in risposta alle logiche di valutazione e alle richieste tecniche della ginnastica ritmica, con l'obiettivo di aumentare nei ginnasti la sicurezza delle proprie capacità, attraverso la scoperta e la costruzione di un’immagine corporea positiva. Ciò servirà a perfezionare il gesto tecnico che attraverso voilà può anche essere monitorato per superare l’eterna dicotomia tra risultati attuali e futuribilità. Non mancheranno strumenti di supporto all’allenatore dal punto di vista organizzativo, nella gestione degli errori e nella relazione con i propri atleti, con i quali è possibile condividere gli obiettivi e tenere traccia del raggiungimento degli stessi. Tutto questo avviene attraverso strumenti di registrazione e analisi video, grazie anche a un algoritmo di intelligenza artificiale. Questo servizio si impegna inoltre a colmare l’attuale frammentarietà delle fonti di informazione con cui si scontrano gli addetti ai lavori quasi quotidianamente: la condivisione o raccolta dei contenuti sui social e la successiva analisi fa ormai parte del lavoro di un buon tecnico, ma la chiusura del sito beatricevivaldi.com lascia un vuoto nel mondo della ginnastica ritmica, aprendo la strada a diverse possibilità progettuali. Infine, grazie a un sistema di gamification, possibile in un contesto competitivo come questo, l’esperienza di voilà coinvolgerà gli utenti in eventi e stage, contribuendo alla crescita omogenea di un movimento costituito da tecnici preparati e ginnasti motivati.

Elaborazione di immagini aeree per il monitoraggio del territorio

A causa dei cambiamenti climatici sempre più frequentemente si verificano disastri ambientali come frane, alluvioni e incendi. Il suolo italiano risente particolarmente di questi eventi, considerati molto gravosi, sia in termini di vite umane che in senso economico. Una soluzione affidabile e con tempi di risposta veloci per il rilevamento delle frane potrebbe migliorare la prevenzione di questi fenomeni. I tradizionali metodi di rilevamento aereo possono richiedere ingenti risorse finanziarie e necessitano di una fase di pianificazione dei voli che rischia di essere incompatibile con i tempi di risposta richiesti. Una possibile alternativa per risolvere i problemi della raccolta di immagini tramite aerei ed elicotteri potrebbe essere basata sull’uso di droni con a bordo videocamere e l'applicazione di algoritmi in grado di elaborare immagini in tempi veloci per individuare le aree soggette a dissesto idrogeologico. Riguardo all'elaborazione delle immagini, sono stati recentemente introdotti degli algoritmi che sembrano promettenti per identificare in maniera quasi immediata le frane grazie a piattaforme aeree sia piloate che autonome. In questo elaborato di tesi si propongono i risultati ottenuti da prove svolte su un modello di reti convoluzionali denominato U-Net e si fa una valutazione della sua efficacia nel riconoscimento automatico delle frane. I risultati ottenuti suggeriscono che la presente implementazione della rete potrebbe, però, presentare criticità nell'individuazione di frane in un'immagine. Per gli sviluppi futuri, si suggerisce di modificare la rete convoluzionale, oppure di utilizzare banche dati differenti per l'allenamento dell'algoritmo.

Possibile applicazione di trattamenti termici innovativi per la produzione di conserve vegetali

Gli aspetti descrittivi e tecnologici relativi alle fasi produttive e le operazioni unitarie della produzione di conserve alimentari sono trattati in questo elaborato di tesi, nel quale viene anche illustrata l’opportunità di valorizzazione dei sottoprodotti della suddetta filiera. Viene posta particolare attenzione verso le principali tecnologie innovative applicabili ai processi di stabilizzazione delle conserve alimentari, analizzando il caso studio dell’applicazione delle microonde in combinazione con il trattamento termico convenzionale per la produzione di composta di mele cotogne.