System-on-chip field-programmable gate array design for onboard real-time hyperspectral unmixing

Hyperspectral instruments have been incorporated in satellite missions, providing large amounts of data of high spectral resolution of the Earth surface. This data can be used in remote sensing applications that often require a real-time or near-real-time response. To avoid delays between hyperspectral image acquisition and its interpretation, the last usually done on a ground station, onboard systems have emerged to process data, reducing the volume of information to transfer from the satellite to the ground station. For this purpose, compact reconfigurable hardware modules, such as field-programmable gate arrays (FPGAs), are widely used. This paper proposes an FPGA-based architecture for hyperspectral unmixing. This method based on the vertex component analysis (VCA) and it works without a dimensionality reduction preprocessing step. The architecture has been designed for a low-cost Xilinx Zynq board with a Zynq-7020 system-on-chip FPGA-based on the Artix-7 FPGA programmable logic and tested using real hyperspectral data. Experimental results indicate that the proposed implementation can achieve real-time processing, while maintaining the methods accuracy, which indicate the potential of the proposed platform to implement high-performance, low-cost embedded systems, opening perspectives for onboard hyperspectral image processing.

Utilização do Kinect no apoio ao ensino/ aprendizagem dos fundamentos da Matemática

A interação humano-computador passou a desempenhar um papel fundamental no mundo atual. Esta forma de comunicar continua a evoluir, introduzindo novas formas de interação, como por exemplo, a interação natural. Este estilo de interação começou por estar presente na área de jogos. No entanto, atualmente está a ser explorada noutras áreas. Esta dissertação tem como propósito investigar a utilidade das interfaces naturais encontradas em consolas de jogos e conjugar com a área educativa, nomeadamente, o ensino e a aprendizagem dos fundamentos de Matemática. O desenvolvimento deste projeto baseou-se no estudo dos conteúdos programáticos de Matemática referentes ao 1º ciclo do ensino básico, de várias aplicações já existentes que estão relacionadas com o tema abordado e de alguns dispositivos de interação natural. De forma a avaliar a ideia proposta, foi desenvolvido um protótipo, designado Matemática Interativa, no sentido de permitir ao utilizador enriquecer a aprendizagem e também o interesse pela disciplina. São descritas, de uma forma mais aprofundada, as funcionalidades do dispositivo escolhido, o Kinect, de modo a tirar proveito das suas potencialidades e desenvolver um motor de reconhecimento de gestos e respetiva avaliação. Por fim, é feita uma discussão dos resultados de uma avaliação de usabilidade com o objetivo de validar a aplicação Matemática Interativa. Os resultados desta avaliação sugerem que a aplicação foi bem-sucedida e revelam ainda capacidades de melhoria.

Reconfiguração e desenvolvimento do sistema de controlo de um AGV

O veículo guiado automaticamente (AGV) adquirido pelo Departamento de Engenharia Mecânica (DEM) tem vindo a ficar obsoleto devido ao hardware, que nos dias de hoje começa a dar sinais de falhas bem como falta de peças de substituição, e ao software, sendo o PLC (Programmable Logic Controller) usado muito limitado quanto às suas funções de controlo, ficando as principais tarefas de controlo do AGV a cargo de placas eletrónicas de controlo. Para promover o controlo autónomo do AGV, foi decidido retirar toda a parte de hardware que detinha o controlo do mesmo e passou a ser um novo PLC, com maior capacidade de processamento, a executar todo o tipo de controlo necessário ao funcionamento do mesmo. O hardware considerado apenas incluí, de forma resumida, os motores responsáveis pelo movimento e direção, placa de controlo de potência dos motores, placa de interface entre as saídas digitais do PLC e as entradas da placa de controlo de potência dos motores e os demais sensores necessários à deteção de obstáculos, fins de curso da direção, sensores dos postos de trabalho e avisadores de emergência. Todo o controlo de movimento e direção bem como a seleção das ações a executar passou a ficar a cargo do software programado no PLC assim como a interação entre o sistema de supervisão instalado num posto de controlo e o PLC através de comunicação via rádio. O uso do PLC permitiu a flexibilidade de mudar facilmente a forma como as saídas digitais são usadas, ao contrário de um circuito eletrónico que necessita de uma completa remodelação, tempo de testes e implementação para efetuar a mesma função. O uso de um microcontrolador seria igualmente viável para a aplicação em causa, no entanto o uso do PLC tem a vantagem de ser robusto, mais rápido na velocidade de processamento, existência de software de interface de programação bastante intuitivo e de livre acesso, facilidade de alterar a programação localmente ou remotamente, via rádio, acesso a vários protocolos de comunicação robustos como Modbus, Canbus, Profinet, Modnet, etc., e acesso integrado de uma consola gráfica totalmente programável. iv É ainda possível a sua expansão com adição de módulos de entradas e saídas digitais e/ou analógicas permitindo expandir largamente o uso do AGV para outros fins. A solução está a ser amplamente testada e validada no Laboratório de Automação (LabA) do Departamento de Engenharia Mecânica do ISEP (Instituto Superior de Engenharia do Porto), permitindo a otimização dos sistemas de controlo de direção bem como a interatividade entre o PLC e o programa de interface/supervisão do posto de trabalho.

Controller implementation using analog reconfigurable hardware (FPAA)

This Thesis has the main target to make a research about FPAA/dpASPs devices and technologies applied to control systems. These devices provide easy way to emulate analog circuits that can be reconfigurable by programming tools from manufactures and in case of dpASPs are able to be dynamically reconfigurable on the fly. It is described different kinds of technologies commercially available and also academic projects from researcher groups. These technologies are very recent and are in ramp up development to achieve a level of flexibility and integration to penetrate more easily the market. As occurs with CPLD/FPGAs, the FPAA/dpASPs technologies have the target to increase the productivity, reducing the development time and make easier future hardware reconfigurations reducing the costs. FPAA/dpAsps still have some limitations comparing with the classic analog circuits due to lower working frequencies and emulation of complex circuits that require more components inside the integrated circuit. However, they have great advantages in sensor signal condition, filter circuits and control systems. This thesis focuses practical implementations of these technologies to control system PID controllers. The result of the experiments confirms the efficacy of FPAA/dpASPs on signal condition and control systems.

Efeitos especiais mediados por Kinect em contexto de espetáculo de dança ao vivo

A dança e os espetáculos foram atividades desenvolvidas e praticadas pelo homem desde praticamente a sua existência. Ao longo de todo esse período de tempo e até aos dias atuais estas atividades foram sofrendo evoluções que as fizeram manterem-se relevantes e de grande importância na sociedade humana e na sua cultura. A evolução não se fez sentir apenas no estilo das danças e espetáculos mas também nos acessórios e efeitos que estas implementam de forma a torna-las mais atrativas para quem as vê. Apesar desta evolução, a maioria dos efeitos não permite um nível de interação com a dança ou espetáculo, fazendo com que exista uma clara separação entre a componente pura da dança e o cenário do espetáculo no que diz respeito á componente acessória de efeitos. Com o intuito de colmatar esta clara divisão de componentes, iniciamos um estudo no sentido de criar um sistema que permitisse derrubar essa barreira e juntar as duas componentes com o intuito de criar efeitos que interajam com a própria dança tornando o espetáculo mais interativo, e que não seja apenas mais um componente acessório, isto ao mesmo tempo torna todo o espetáculo mais apelativo para o público em geral. Para conseguir criar tal sistema, recorremos às tecnologias de sensores de movimento atuais para que a ponte de ligação entre o artista e os efeitos fosse conseguida. No mercado existem diversas ofertas de sensores de movimentos que serviriam para criar o sistema, mas apenas um poderia ser escolhido, então para tal numa primeira parte foi feito um estudo para determinar qual destes sensores seria o mais adequado para ser utilizado no sistema, tendo em conta uma diversidade de fatores. Após a escolha do sensor foi então desenvolvido o sistema MoveU e tendo no final sido feitos uma série de testes que permitiram validar o protótipo e verificar se os objetivos propostos foram atingidos. Por fim, o MoveU foi demonstrado a uma série de pessoas (dançarinos e espectadores), para que pudessem opinar sobre ele e indicar possíveis melhoramentos. Foram também criados uma série de questionários para que o público a quem foi demonstrado o protótipo, com a finalidade de realizar uma análise estatística para determinar se este sistema seria do agrado das pessoas e também permitir retirar conclusões sobre este trabalho.

A layer 2 multipath fabric using a centralized controller

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Extensão do SDK do Kinect: criação de uma biblioteca de gestos

As interfaces naturais têm ganho atenção crescente por parte da comunidade científica. Esta interação, nomeadamente baseada em gestos e voz, tem sido progressivamente mais usada para estabelecer a comunicação entre o homem e a máquina de forma natural. Em paralelo, têm surgido no marcado alguns novos dispositivos com o objetivo de suportar estas formas naturais de interface, entre eles, sensores de movimento. Esta dissertação tem como objetivo a proposta de algoritmos projetados para auxiliar o programador no reconhecimento de gestos, especificamente em dispositivos conhecidos como sensores de movimentos. Atualmente o programador tem o trabalho de desenvolver todo o código para adicionar reconhecimento de gestos à sua aplicação. A solução apresentada neste documento propõe um novo conjunto de métodos que visam a criação de uma biblioteca de gestos e a consequente capacidade de reconhecimento de gestos anteriormente armazenados. A validação deste trabalho consistiu na extensão do Software Development Kit (SDK) do dispositivo Kinect, de forma a adicionar ferramentas complementares, que permitam simplificar a definição e reconhecimento de gestos. A primeira parte consiste na captação e armazenamento de gestos, através do mapeamento de pontos, modelando os gestos e armazenando tal modelo. Esta primeira fase permite no desenvolvimento de um sistema a criação de uma biblioteca de gestos pré-definidos, como por exemplo os gestos da Língua Gestual Portuguesa. Numa segunda fase, a extensão do SDK auxilia também as tarefas de reconhecimento de gestos em tempo real, isto é, deteção do gesto que o utilizador de uma aplicação esteja a fazer e procura desse gesto na biblioteca.

Kinect-sign

A nova era da informação que se está a assistir tem possibilitado a criação de novas e vastas coleções de intelecto virtual, como por exemplo o Wikipedia, Corsera, entre outros. Estas ferramentas vieram possibilitar a procura por cultura, resoluções de problemas do quotidiano, novos métodos de aprendizagem, por parte da sociedade em geral. Porém, como é habitual, tem-se vindo a verificar uma certa dificuldade inerente por parte de certas minorias sociais, que não possuem as mesmas capacidades de um indivíduo “normal“. Esta dissertação tem como objetivo a criação de uma ferramenta, em formato de jogo sério, para apoiar o ensino de Língua Gestual Portuguesa a um público ouvinte o -“Kinect Sign”. Com este estudo pretende-se explorar as mais recentes ferramentas de desenvolvimento de jogos, mais conhecidas como Authoring Tools e a sua integração com Natural User interfaces, concretamente o sensor Kinect. A solução apresentada neste documento propõe a utilização desta ferramenta a todos os indivíduos iniciantes que necessitem de uma introdução a esta forma de comunicação, para tornar um pouco menos agressiva a entrada no complexo mundo da linguagem gestual. A validação deste trabalho consistiu no desenvolvimento de um jogo protótipo que incentive os jogadores a aprenderem enquanto jogam. Analisaram-se problemas e tecnologias atuais para se chegar a uma estruturação semelhante a um jogo comum disponível em qualquer superfície comercial e websites dedicados ao género. Posterior apresentação a uma população selecionada a fim de analisar a sua opinião e utilidade do modelo desenvolvido, seguindo-se a resposta a um pequeno questionário.

Sistema de visão robótico baseado no sensor kinect para orientação no espaço e contorno de obstáculos

Dissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores (área de especialização em Robótica)

Controlador com FPGA para um motor-in-wheel CA de fluxo axial

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e de Computadores

Evaluation of the determinism of the actuator sensor interface (ASI) on programmable logic controllers (PLC), personal computers (PC) and real-time operating systems (RTOS)

The purpose of this study was to evaluate the determinism of the AS-lnterface network and the 3 main families of control systems, which may use it, namely PLC, PC and RTOS. During the course of this study the PROFIBUS and Ethernet field level networks were also considered in order to ensure that they would not introduce unacceptable latencies into the overall control system. This research demonstrated that an incorrectly configured Ethernet network introduces unacceptable variable duration latencies into the control system, thus care must be exercised if the determinism of a control system is not to be compromised. This study introduces a new concept of using statistics and process capability metrics in the form of CPk values, to specify how suitable a control system is for a given control task. The PLC systems, which were tested, demonstrated extremely deterministic responses, but when a large number of iterations were introduced in the user program, the mean control system latency was much too great for an AS-I network. Thus the PLC was found to be unsuitable for an AS-I network if a large, complex user program Is required. The PC systems, which were tested were non-deterministic and had latencies of variable duration. These latencies became extremely exaggerated when a graphing ActiveX was included in the control application. These PC systems also exhibited a non-normal frequency distribution of control system latencies, and as such are unsuitable for implementation with an AS-I network. The RTOS system, which was tested, overcame the problems identified with the PLC systems and produced an extremely deterministic response, even when a large number of iterations were introduced in the user program. The RTOS system, which was tested, is capable of providing a suitable deterministic control system response, even when an extremely large, complex user program is required.

Entwurf und Implementierung rekonfigurierbarer Controller für mechatronische Systeme

Magdeburg, Univ., Fak. für Maschinenbau, Diss., 2008

Programmierschnittstellen für eingebettete Netzwerke in Mehrbenutzerbetriebssystemen am Beispiel des Controller Area Network

Magdeburg, Univ., Fak. für Informatik, Diss., 2011

Acute hypersensitivity pneumonitis in a paint quality controller : a case report

Introduction: Isocyanates are sensitizing chemicals used in various industries such as polyurethane foam production or paint-related purposes. Acting as haptens recognized by T-lymphocytes, they can cause allergic asthma and rarely hypersensitivity pneumonitis (HP). We aim to present a case report of acute HP due to hexamethylene diisocyanate (HDI) in a paint quality controller, a profession not generally considered at a high risk for work-related Isocyanates exposure. Case report: A 30-yr-old otherwise healthy female, light smoker working as a paint quality controller developed shortness of breath, malaise, sweating and chills at workplace six hours after handling a HDI-based hardener. Upon admission to emergency department, symptoms had progressed to severe respiratory failure. HR computer tomography (HRCT) showed bilateral ground-glass attenuation without pleural effusion. Rapid clinical and radiological improvement occurred under facial oxygen supply and systemic steroid therapy. Occupational medicine investigations revealed regular handling of HDI using latex gloves without respiratory protection. Assessment at workplace showed insufficient air renewal (1.5 times per hour), inadequate local aspiration and HDI exposure at levels of 1-4.25 ppb/m3 (Swiss Occupation Exposure Limit 5 ppb/m3). Biological monitoring after identical work procedure executed by a co-worker showed HDI exposure (5.1 micrograms hexamethylene diamine/g creatinine). Resumption of work was disadvised because of the life-threatening event. Discussion: The diagnosis of occupational HP is highly supported by classical findings on imagery and typical symptoms occurring within approved latency interval, associated with rapid clinical improvement. Although neither broncho-alveolar lavage nor specific IgG diagnosis (en route) were performed during the acute episode, various blood tests managed to rule out evidence of an infection or autoimmune disease. Other causes of HP seem unlikely as the patient did not have any recurrence of symptoms since absence from work. Workplace evaluation provided significant information on HDI exposure and allowed substantial recommendations to diminish Isocyanate exposure for the 20 still healthy laboratory co-workers. Although the entryways (air or skin) and precise mechanism of toxicity remain unclear, the present case clearly shows that Isocyanates may trigger acute HP in susceptible workers in a profession not generally considered at a high risk.

Aplicación de la ingeniería del software sobre la herramienta MATE : application controller

Este proyecto tiene como objetivo crear y aplicar una metodología a una aplicación llamada MATE que fue creada en en el año 2003 por Anna Sikora para su tesis doctoral. Se trata de dotar el proyecto MATE de las herramientas necesarias para garantizar su evolución. La metodología creada consta de la especificación de un entorno de trabajo y una serie de documentos que detallan los procesos relativos al desarrollo de MATE. Además se han creado algunas nuevas características que hacen de MATE una herramienta más completa y cómoda.