Modelagem em SystemC-AMS de uma plataforma compatível com o sistema de coleta de dados brasileiro

This work presents simulation results of an identification platform compatible with the INPE Brazilian Data Collection System, modeled with SystemC-AMS. SystemC-AMS that is a library of C++ classes dedicated to the simulation of heterogeneous systems, offering a powerful resource to describe models in digital, analog and RF domains, as well as mechanical and optic. The designed model was divided in four parts. The first block takes into account the satellite s orbit, necessary to correctly model the propagation channel, including Doppler effect, attenuation and thermal noise. The identification block detects the satellite presence. It is composed by low noise amplifier, band pass filter, power detector and logic comparator. The controller block is responsible for enabling the RF transmitter when the presence of the satellite is detected. The controller was modeled as a Petri net, due to the asynchronous nature of the system. The fourth block is the RF transmitter unit, which performs the modulation of the information in BPSK ±60o. This block is composed by oscillator, mixer, adder and amplifier. The whole system was simulated simultaneously. The results are being used to specify system components and to elaborate testbenchs for design verification

A tunable triode-MOSFET transconductor and its application to g(m)-C filters

A linear, tunable CMOS transconductance stage is introduced. Drain voltage of the input transistor operating in triode region is settled by a regulation loop and a first-order linear relationship between g(m) and a de bias voltage is achieved. In addition to easy tuning, this technique offers circuit simplicity, wide dynamic range, high input and output impedances and low consumption. The transconductor is presented on both single-ended and fully-differential versions. A 3rd-order elliptical low-pass g(m)-C filter with a nominal roll-off frequency of 2MHz is used as one example for the many applications of the proposed transconductor. SPICE data describe circuits performances and filter tunabilily Passband is tuned at a rate of 2.36KHz/mV and good linearity is indicated by a 0.89% THD for an 800mV(p-p) balanced-driven input.

A CMOS/SOI single-input PWM discriminator for low-voltage body-implanted applications

A CMOS/SOI circuit to decode Pulse-Width Modulation (PWM) signals is presented as part of a body-implanted neurostimulator for visual prosthesis. Since encoded data is the sole input to the circuit, the decoding technique is based on a novel double-integration concept and does not require low-pass filtering. Non-overlapping control phases are internally derived from the incoming pulses and a fast-settling comparator ensures good discrimination accuracy in the megahertz range. The circuit was integrated on a 2 mum single-metal thin-film CMOS/SOI fabrication process and has an effective area of 2 mm(2). Measured resolution of encoding parameter a is better than 10% at 6 MHz and V-DD = 3.3 V. Idle-mode consumption is 340 LW. Pulses of frequencies up to 15 MHz and alpha = 10% can be discriminated for 2.3 V less than or equal to V-DD less than or equal to 3.3 V. Such an excellent immunity to V-DD deviations meets a design specification with respect to inherent coupling losses on transmitting data and power by means of a transcutaneous link.

Análise comparativa de três métodos de inversão aplicados a dados gravimétricos e magnéticos em perfil

Tradicionalmente, o método dos mínimos quadrados tem sido empregado na inversão não linear de dados de campo potencial. No caso em que as observações dos campos gravimétrico ou magnético contém apenas ruído Gaussiano. O método dos mínimos quadrados não apresenta problemas. Entretanto, quando as observações são perturbadas por ruído não Gaussiano, ou mesmo por ruído não aleatório, como é o caso de muitos ruídos geológicos, o método dos mínimos quadrados torna-se bastante ineficiente, e métodos alternativos devem ser empregados a fim de produzir interpretações realísticas. Neste trabalho, uma comparação é feita entre os métodos dos mínimos quadrados, dos mínimos absolutos e do ajuste-M, aplicados à inversão não linear de dados de campo potencial. A comparação é efetuada usando-se dados teóricos, onde diversas situações geológicas são simuladas. Os resultados mostram que na presença de ruído geológico, caracterizado por pequeno corpo raso acima do corpo principal, ou por corpo grande, adjacente ao corpo principal, o ajuste-M apresenta desempenho muito superior ao dos mínimos quadrados e dos mínimos absolutos. Na presença de ruído Gaussiano, entretanto, o ajuste-M tem um desempenho inferior aos outros dois métodos. Como o ruído Gaussiano é um ruído branco, parte dele pode ser removido por um filtro passa baixa adequado, sem muita perda do sinal, o que não ocorre com o ruído geológico que contém componentes importantes de baixo número de onda. Desse modo o ajuste-M se torna uma ferramenta importante na interpretação de áreas geologicamente complexas, onde é comum a contaminação das anomalias por ruído geológico. Os três métodos em estudo são aplicados a uma anomalia magnética real causada por uma intrusão de diabásio em forma de dique, em sedimentos arenosos da formação Piauí na Bacia do Parnaíba. Os três métodos apresentaram resultados semelhantes indicando que tanto o nível de ruído Gaussiano como geológico são baixos nesta anomalia.

Influência de parâmetros físicos e do processamento digital utilizado nos sinais oriundos do ensaio charpy instrumentado

Pós-graduação em Engenharia Civil - FEIS

Análise de variáveis eletromiográficas e cinemáticas em protocolo incremental de corrida na esteira

Muscle fatigue is described as a cause of injuries among the many related to the running practice. Therefore, the purpose of this study was to analyze the behavior of the amplitude (RMS) and median frequency (MF) of EMG signal of the iliocostalis (CI), rectus femoris (RF), vastus lateralis (VL), vastus medialis (VM) biceps femoris (long head) (BFCL), tibialis anterior (TA) and gastrocnemius (lateral) (LNG) from the right lower limb, and the behavior of the parameters of amplitude (AP) and frequency (PF) spent in different percentages of the maximum speed during incremental protocol of treadmill running. 10 volunteers participated in this study, athletes, male, aged between 18 and 30 years with no history of injury in lower limbs and similar anthropometry. The protocol consisted of a treadmill test with initial velocity of 10 km.h-¹ and increments of 1 km.h-¹ each three minutes until volitional exhaustion, without rest interval. Synchronized collections were made of electromyographic and kinematic data. The signals were obtained through an acquisition module of biological signals (Telemyo 900 - Noraxon - USA) and software (Myoresearch - Noraxon - USA) calibrated with a sampling frequency of 1000 Hz, gain 2000 times. The raw data were filtered with a 60Hz notch filter, high pass and low pass 20Hz to 500Hz. To capture the image was used a digital video recorder (model NV-GS320, PANASONIC brand), and for image scanning and kinematic data collection was used the software Peak Motus 9.0 (ViconPeak). To obtain the values of RMS and FM analyzed the last ten passes of each speed through a specific routine (Matlab). To obtain these variables AP (m) and FP (stride I min) were analyzed for the last ten past each speed, using specific software (Peak Motus 9.0). After verification of data normality (Shapiro-Wilk) and homogeneity of the data (Levene), the comparison ...(Complete abstract click electronic access below)

Desenvolvimento de um simulador virtual de vazamento para testar correlacionadores acústicos comerciais

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Aplicaciones de filtrado adaptativo LMS para mejorar la respuesta de acelerómetros

El proyecto, “Aplicaciones de filtrado adaptativo LMS para mejorar la respuesta de acelerómetros”, se realizó con el objetivo de eliminar señales no deseadas de la señal de información procedentes de los acelerómetros para aplicaciones automovilísticas, mediante los algoritmos de los filtros adaptativos LMS. Dicho proyecto, está comprendido en tres áreas para su realización y ejecución, los cuales fueron ejecutados desde el inicio hasta el último día de trabajo. En la primera área de aplicación, diseñamos filtros paso bajo, paso alto, paso banda y paso banda eliminada, en lo que son los filtros de butterworth, filtros Chebyshev, de tipo uno como de tipo dos y filtros elípticos. Con esta primera parte, lo que se quiere es conocer, o en nuestro caso, recordar el entorno de Matlab, en sus distintas ecuaciones prediseñadas que nos ofrece el mencionado entorno, como también nos permite conocer un poco las características de estos filtros. Para posteriormente probar dichos filtros en el DSP. En la segunda etapa, y tras recordar un poco el entorno de Matlab, nos centramos en la elaboración y/o diseño de nuestro filtro adaptativo LMS; experimentado primero con Matlab, para como ya se dijo, entender y comprender el comportamiento del mismo. Cuando ya teníamos claro esta parte, procedimos a “cargar” el código en el DSP, compilarlo y depurarlo, realizando estas últimas acciones gracias al Visual DSP. Resaltaremos que durante esta segunda etapa se empezó a excitar las entradas del sistema, con señales provenientes del Cool Edit Pro, y además para saber cómo se comportaba el filtro adaptativo LMS, se utilizó señales provenientes de un generador de funciones, para obtener de esta manera un desfase entre las dos señales de entrada; aunque también se utilizó el propio Cool Edit Pro para obtener señales desfasadas, pero debido que la fase tres no podíamos usar el mencionado software, realizamos pruebas con el generador de funciones. Finalmente, en la tercera etapa, y tras comprobar el funcionamiento deseado de nuestro filtro adaptativo DSP con señales de entrada simuladas, pasamos a un laboratorio, en donde se utilizó señales provenientes del acelerómetro 4000A, y por supuesto, del generador de funciones; el cual sirvió para la formación de nuestra señal de referencia, que permitirá la eliminación de una de las frecuencias que se emitirá del acelerómetro. Por último, cabe resaltar que pudimos obtener un comportamiento del filtro adaptativo LMS adecuado, y como se esperaba. Realizamos pruebas, con señales de entrada desfasadas, y obtuvimos curiosas respuestas a la salida del sistema, como son que la frecuencia a eliminar, mientras más desfasado estén estas señales, mas se notaba. Solucionando este punto al aumentar el orden del filtro. Finalmente podemos concluir que pese a que los filtros digitales probados en la primera etapa son útiles, para tener una respuesta lo más ideal posible hay que tener en cuenta el orden del filtro, el cual debe ser muy alto para que las frecuencias próximas a la frecuencia de corte, no se atenúen. En cambio, en los filtros adaptativos LMS, si queremos por ejemplo, eliminar una señal de entre tres señales, sólo basta con introducir la frecuencia a eliminar, por una de las entradas del filtro, en concreto la señal de referencia. De esta manera, podemos eliminar una señal de entre estas tres, de manera que las otras dos, no se vean afectadas por el procedimiento. Abstract The project, "LMS adaptive filtering applications to improve the response of accelerometers" was conducted in order to remove unwanted signals from the information signal from the accelerometers for automotive applications using algorithms LMS adaptive filters. The project is comprised of three areas for implementation and execution, which were executed from the beginning until the last day. In the first area of application, we design low pass filters, high pass, band pass and band-stop, as the filters are Butterworth, Chebyshev filters, type one and type two and elliptic filters. In this first part, what we want is to know, or in our case, remember the Matlab environment, art in its various equations offered by the mentioned environment, as well as allows us to understand some of the characteristics of these filters. To further test these filters in the DSP. In the second stage, and recalling some Matlab environment, we focus on the development and design of our LMS adaptive filter; experimented first with Matlab, for as noted above, understand the behavior of the same. When it was clear this part, proceeded to "load" the code in the DSP, compile and debug, making these latest actions by the Visual DSP. Will highlight that during this second stage began to excite the system inputs, with signals from the Cool Edit Pro, and also for how he behaved the LMS adaptive filter was used signals from a function generator, to thereby obtain a gap between the two input signals, but also used Cool Edit Pro himself for phase signals, but due to phase three could not use such software, we test the function generator. Finally, in the third stage, and after checking the desired performance of our DSP adaptive filter with simulated input signals, we went to a laboratory, where we used signals from the accelerometer 4000A, and of course, the function generator, which was used for the formation of our reference signal, enabling the elimination of one of the frequencies to be emitted from the accelerometer. Note that they were able to obtain a behavior of the LMS adaptive filter suitable as expected. We test with outdated input signals, and got curious response to the output of the system, such as the frequency to remove, the more outdated are these signs, but noticeable. Solving this point with increasing the filter order. We can conclude that although proven digital filters in the first stage are useful, to have a perfect answer as possible must be taken into account the order of the filter, which should be very high for frequencies near the frequency cutting, not weakened. In contrast, in the LMS adaptive filters if we for example, remove a signal from among three signals, only enough to eliminate the frequency input on one of the inputs of the filter, namely the reference signal. Thus, we can remove a signal between these three, so that the other two, not affected by the procedure.

Development of a sensorimotor algorithm able to deal with unforeseen pushes and its implementation based on VHDL

Development of a Sensorimotor Algorithm Able to Deal with Unforeseen Pushes and Its Implementation Based on VHDL is the title of my thesis which concludes my Bachelor Degree in the Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Sistemas de Telecomunicación of the Universidad Politécnica de Madrid. It encloses the overall work I did in the Neurorobotics Research Laboratory from the Beuth Hochschule für Technik Berlin during my ERASMUS year in 2015. This thesis is focused on the field of robotics, specifically an electronic circuit called Cognitive Sensorimotor Loop (CSL) and its control algorithm based on VHDL hardware description language. The reason that makes the CSL special resides in its ability to operate a motor both as a sensor and an actuator. This way, it is possible to achieve a balanced position in any of the robot joints (e.g. the robot manages to stand) without needing any conventional sensor. In other words, the back electromotive force (EMF) induced by the motor coils is measured and the control algorithm responds depending on its magnitude. The CSL circuit contains mainly an analog-to-digital converter (ADC) and a driver. The ADC consists on a delta-sigma modulation which generates a series of bits with a certain percentage of 1's and 0's, proportional to the back EMF. The control algorithm, running in a FPGA, processes the bit frame and outputs a signal for the driver. This driver, which has an H bridge topology, gives the motor the ability to rotate in both directions while it's supplied with the power needed. The objective of this thesis is to document the experiments and overall work done on push ignoring contractive sensorimotor algorithms, meaning sensorimotor algorithms that ignore large magnitude forces (compared to gravity) applied in a short time interval on a pendulum system. This main objective is divided in two sub-objectives: (1) developing a system based on parameterized thresholds and (2) developing a system based on a push bypassing filter. System (1) contains a module that outputs a signal which blocks the main Sensorimotor algorithm when a push is detected. This module has several different parameters as inputs e.g. the back EMF increment to consider a force as a push or the time interval between samples. System (2) consists on a low-pass Infinite Impulse Response digital filter. It cuts any frequency considered faster than a certain push oscillation. This filter required an intensive study on how to implement some functions and data types (fixed or floating point data) not supported by standard VHDL packages. Once this was achieved, the next challenge was to simplify the solution as much as possible, without using non-official user made packages. Both systems behaved with a series of interesting advantages and disadvantages for the elaboration of the document. Stability, reaction time, simplicity or computational load are one of the many factors to be studied in the designed systems. RESUMEN. Development of a Sensorimotor Algorithm Able to Deal with Unforeseen Pushes and Its Implementation Based on VHDL es un Proyecto de Fin de Grado (PFG) que concluye mis estudios en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Sistemas de Telecomunicación de la Universidad Politécnica de Madrid. En él se documenta el trabajo de investigación que realicé en el Neurorobotics Research Laboratory de la Beuth Hochschule für Technik Berlin durante el año 2015 mediante el programa de intercambio ERASMUS. Este PFG se centra en el campo de la robótica y en concreto en un circuito electrónico llamado Cognitive Sensorimotor Loop (CSL) y su algoritmo de control basado en lenguaje de modelado hardware VHDL. La particularidad del CSL reside en que se consigue que un motor haga las veces tanto de sensor como de actuador. De esta manera es posible que las articulaciones de un robot alcancen una posición de equilibrio (p.ej. el robot se coloca erguido) sin la necesidad de sensores en el sentido estricto de la palabra. Es decir, se mide la propia fuerza electromotriz (FEM) inducida sobre el motor y el algoritmo responde de acuerdo a su magnitud. El circuito CSL se compone de un convertidor analógico-digital (ADC) y un driver. El ADC consiste en un modulador sigma-delta, que genera una serie de bits con un porcentaje de 1's y 0's determinado, en proporción a la magnitud de la FEM inducida. El algoritmo de control, que se ejecuta en una FPGA, procesa esta cadena de bits y genera una señal para el driver. El driver, que posee una topología en puente H, provee al motor de la potencia necesaria y le otorga la capacidad de rotar en cualquiera de las dos direcciones. El objetivo de este PFG es documentar los experimentos y en general el trabajo realizado en algoritmos Sensorimotor que puedan ignorar fuerzas de gran magnitud (en comparación con la gravedad) y aplicadas en una corta ventana de tiempo. En otras palabras, ignorar empujones conservando el comportamiento original frente a la gravedad. Para ello se han desarrollado dos sistemas: uno basado en umbrales parametrizados (1) y otro basado en un filtro de corte ajustable (2). El sistema (1) contiene un módulo que, en el caso de detectar un empujón, genera una señal que bloquea el algoritmo Sensorimotor. Este módulo recibe diferentes parámetros como el incremento necesario de la FEM para que se considere un empujón o la ventana de tiempo para que se considere la existencia de un empujón. El sistema (2) consiste en un filtro digital paso-bajo de respuesta infinita que corta cualquier variación que considere un empujón. Para crear este filtro se requirió un estudio sobre como implementar ciertas funciones y tipos de datos (coma fija o flotante) no soportados por las librerías básicas de VHDL. Tras esto, el objetivo fue simplificar al máximo la solución del problema, sin utilizar paquetes de librerías añadidos. En ambos sistemas aparecen una serie de ventajas e inconvenientes de interés para el documento. La estabilidad, el tiempo de reacción, la simplicidad o la carga computacional son algunas de las muchos factores a estudiar en los sistemas diseñados. Para concluir, también han sido documentadas algunas incorporaciones a los sistemas: una interfaz visual en VGA, un módulo que compensa el offset del ADC o la implementación de una batería de faders MIDI entre otras.

Metodologia para aquisição de sinal elétrico e tratamento de dados em reômetros servo controlados.

A ciência na qual se estuda a deformação de um fluido no qual é aplicada uma tensão de cisalhamento é conhecida como reologia e o equipamento utilizado para a realização dos ensaios é chamado de reômetro. Devido a impraticabilidade de uso de reômetros comerciais, diversos pesquisadores desenvolveram reômetros capazes de analisar suspensões de macropartículas, baseados nos mesmos princípios de funcionamento dos equipamentos já existentes. Em alguns casos, a medição do torque do motor é realizada pela aquisição da tensão, uma vez que esta é proporcional ao torque. Entretanto, para melhor compreensão do resultado e para evitar a possibilidade de conclusões precipitadas, vê-se necessária correta interpretação do sinal elétrico, precisando avaliar qual frequência do sinal é relevante para o ensaio e, também, qual a melhor taxa de amostragem. Além da aquisição, para que o ensaio reológico seja realizado com precisão, é indispensável ótimo controle da taxa ou tensão do motor e uma alternativa é a utilização de um servomotor e um servoconversor. No caso desse ser comercial é essencial saber configurá-lo. Para facilitar o usuário leigo, alguns pesquisadores desenvolveram softwares para controle do equipamento e análise dos dados. Assim, o presente trabalho tem como objetivo propor uma metodologia para compreender o sinal aquisitado de um reômetro servo controlado e desenvolvimento do software de análise para o tratamento dos dados obtidos a partir de ensaios reológicos. Verificou-se a melhor configuração do servocontrolador, a melhor taxa de amostragem, de no mínimo 20 amostras/segundo, e, também, desenvolveu-se um filtro digital passa-baixa do tipo FIR para remover a frequência indesejada. Além disso, foi desenvolvido um software utilizando uma rotina em Matlab e uma interface gráfica do usuário (Graphical User Interface - GUI), para o pós-processamento dos dados para auxiliar o usuário leigo no tratamento e interpretação do resultado, que se mostrou eficaz.

Desenvolvimento e caracterização do filtro óptico de interferência variável para detectores de alta resolução espectral e biossensores.

O presente trabalho está fundamentado no desenvolvimento de uma metodologia e/ou uma tecnologia de obtenção e caracterização de filtros ópticos de interferência de banda passante variável [C.M. da Silva, 2010] e de banda de corte variáveis, constituídos por refletores dielétricos multicamadas de filmes finos intercalados por cavidades de Fabry-Perot não planares com espessuras linearmente variáveis, que apresentam a propriedade do deslocamento linear da transmitância máxima espectral em função da posição, isto é, um Filtro de Interferência Variável (FIV). Este método apresenta novas e abrangentes possibilidades de confecção de filtros ópticos de interferência variável: lineares ou em outras formas desejadas, de comprimento de onda de corte variável (passa baixa ou alta) e filtros de densidade neutra variável, através da deposição de metais, além de aplicações em uma promissora e nova área de pesquisa na deposição de filmes finos não uniformes. A etapa inicial deste desenvolvimento foi o estudo da teoria dos filtros ópticos dielétricos de interferência para projetar e construir um filtro óptico banda passante convencional de um comprimento de onda central com camadas homogêneas. A etapa seguinte, com base na teoria óptica dos filmes finos já estabelecida, foi desenvolver a extensão destes conhecimentos para determinar que a variação da espessura em um perfil inclinado e linear da cavidade entre os refletores de Bragg é o principal parâmetro para produzir o deslocamento espacial da transmitância espectral, possibilitando o uso de técnicas especiais para se obter uma variação em faixas de bandas de grande amplitude, em um único filtro. Um trabalho de modelagem analítica e análise de tolerância de espessuras dos filmes depositados foram necessários para a seleção da estratégia do \"mascaramento\" seletivo do material evaporado formado na câmara e-Beam (elétron-Beam) com o objetivo da obtenção do filtro espectral linear variável de características desejadas. Para tanto, de acordo com os requisitos de projeto, foram necessárias adaptações em uma evaporadora por e-Beam para receber um obliterador mecânico especialmente projetado para compatibilizar os parâmetros das técnicas convencionais de deposição com o objetivo de se obter um perfil inclinado, perfil este previsto em processos de simulação para ajustar e calibrar a geometria do obliterador e se obter um filme depositado na espessura, conformação e disposição pretendidos. Ao final destas etapas de modelagem analítica, simulação e refinamento recorrente, foram determinados os parâmetros de projeto para obtenção de um determinado FIV (Filtro de Interferência Variável) especificado. Baseadas nos FIVs muitas aplicações são emergentes: dispositivos multi, hiper e ultra espectral para sensoriamento remoto e análise ambiental, sistemas Lab-on-Chip, biossensores, detectores chip-sized, espectrofotometria de fluorescência on-chip, detectores de deslocamento de comprimento de onda, sistemas de interrogação, sistemas de imageamento espectral, microespectrofotômetros e etc. No escopo deste trabalho se pretende abranger um estudo de uma referência básica do emprego do (FIV) filtro de interferência variável como detector de varredura de comprimento de ondas em sensores biológicos e químicos compatível com pós processamento CMOS. Um sistema básico que é constituído por um FIV montado sobre uma matriz de sensores ópticos conectada a um módulo eletrônico dedicado a medir a intensidade da radiação incidente e as bandas de absorção das moléculas presentes em uma câmara de detecção de um sistema próprio de canais de microfluidos, configurando-se em um sistema de aquisição e armazenamento de dados (DAS), é proposto para demonstrar as possibilidades do FIV e para servir de base para estudos exploratórios das suas diversas potencialidades que, entre tantas, algumas são mencionadas ao longo deste trabalho. O protótipo obtido é capaz de analisar fluidos químicos ou biológicos e pode ser confrontado com os resultados obtidos por equipamentos homologados de uso corrente.

The performance of South African English first language child speakers on a "low linguistically loaded" central auditory processing test protocol

The lack of standardized tests of central auditory processing disorder (CAPD) in South Africa (SA) led to the formation of a SA CAPD Taskforce, and the interim development of a "low linguistically loaded" CAPD test protocol using test recordings from the 'Tonal and Speech Materials for Auditory Perceptual Assessment Disc 2.0'. This study inferentially compared the performance of 16 SA English first, and 16 SA English second, language adult speakers on this test protocol, and descriptively compared their performances to previously published American normative data. Comparisons between the SA English first and second language speakers showed a poorer right ear performance (p < .05) by the second language speakers on the two-pair dichotic digits test only. Equivalent performances (p < .05) were observed on the left ear performance on the two pair dichotic digits test, and the frequency patterns test, the duration patterns test, the low-pass filtered speech test, the 45% time compressed speech test, the speech masking level difference test, and the consonant vowel consonant (CVC) binaural fusion test. Comparisons between the SA English and the American normative data showed many large differences (up to 37.1% with respect to predicted pass criteria as calculated by mean-2SD cutoffs), with the SA English speakers performing both better and worse depending on the test involved. As a result, the American normative data was not considered appropriate for immediate use as normative data in SA. Instead, the preliminary data provided in this study was recommended as interim normative data for both SA English first and second language adult speakers, until larger scale SA normative data can be obtained.

Contrast matching and discrimation in human vision

The aim of this work was to investigate human contrast perception at various contrast levels ranging from detection threshold to suprathreshold levels by using psychophysical techniques. The work consists of two major parts. The first part deals with contrast matching, and the second part deals with contrast discrimination. Contrast matching technique was used to determine when the perceived contrasts of different stimuli were equal. The effects of spatial frequency, stimulus area, image complexity and chromatic contrast on contrast detection thresholds and matches were studied. These factors influenced detection thresholds and perceived contrast at low contrast levels. However, at suprathreshold contrast levels perceived contrast became directly proportional to the physical contrast of the stimulus and almost independent of factors affecting detection thresholds. Contrast discrimination was studied by measuring contrast increment thresholds which indicate the smallest detectable contrast difference. The effects of stimulus area, external spatial image noise and retinal illuminance were studied. The above factors affected contrast detection thresholds and increment thresholds measured at low contrast levels. At high contrast levels, contrast increment thresholds became very similar so that the effect of these factors decreased. Human contrast perception was modelled by regarding the visual system as a simple image processing system. A visual signal is first low-pass filtered by the ocular optics. This is followed by spatial high-pass filtering by the neural visual pathways, and addition of internal neural noise. Detection is mediated by a local matched filter which is a weighted replica of the stimulus whose sampling efficiency decreases with increasing stimulus area and complexity. According to the model, the signals to be compared in a contrast matching task are first transferred through the early image processing stages mentioned above. Then they are filtered by a restoring transfer function which compensates for the low-level filtering and limited spatial integration at high contrast levels. Perceived contrasts of the stimuli are equal when the restored responses to the stimuli are equal. According to the model, the signals to be discriminated in a contrast discrimination task first go through the early image processing stages, after which signal dependent noise is added to the matched filter responses. The decision made by the human brain is based on the comparison between the responses of the matched filters to the stimuli, and the accuracy of the decision is limited by pre- and post-filter noises. The model for human contrast perception could accurately describe the results of contrast matching and discrimination in various conditions.

Contrast sensitivity for complex and random gratings

This thesis studied the effect of (i) the number of grating components and (ii) parameter randomisation on root-mean-square (r.m.s.) contrast sensitivity and spatial integration. The effectiveness of spatial integration without external spatial noise depended on the number of equally spaced orientation components in the sum of gratings. The critical area marking the saturation of spatial integration was found to decrease when the number of components increased from 1 to 5-6 but increased again at 8-16 components. The critical area behaved similarly as a function of the number of grating components when stimuli consisted of 3, 6 or 16 components with different orientations and/or phases embedded in spatial noise. Spatial integration seemed to depend on the global Fourier structure of the stimulus. Spatial integration was similar for sums of two vertical cosine or sine gratings with various Michelson contrasts in noise. The critical area for a grating sum was found to be a sum of logarithmic critical areas for the component gratings weighted by their relative Michelson contrasts. The human visual system was modelled as a simple image processor where the visual stimuli is first low-pass filtered by the optical modulation transfer function of the human eye and secondly high-pass filtered, up to the spatial cut-off frequency determined by the lowest neural sampling density, by the neural modulation transfer function of the visual pathways. The internal noise is then added before signal interpretation occurs in the brain. The detection is mediated by a local spatially windowed matched filter. The model was extended to include complex stimuli and its applicability to the data was found to be successful. The shape of spatial integration function was similar for non-randomised and randomised simple and complex gratings. However, orientation and/or phase randomised reduced r.m.s contrast sensitivity by a factor of 2. The effect of parameter randomisation on spatial integration was modelled under the assumption that human observers change the observer strategy from cross-correlation (i.e., a matched filter) to auto-correlation detection when uncertainty is introduced to the task. The model described the data accurately.

Estudo de filtros RC para baixas e altas freqüências por meio de um circuito para superposição de sinais

Apresentamos nesse trabalho, um experimento realizado nos Laboratórios didáticos do Instituto de Física da USP, relacionado ao estudo do funcionamento de filtros RC para baixas e altas freqüências. Para tal, foi especialmente projetado um circuito que efetua a superposição de um sinal gerado internamente, a uma onda senoidal externa. Várias situações experimentais podem ser geradas, por meio da variação da freqüência, tanto do sinal interno quanto da onda senoidal externa. Um estudo das componentes de freqüência de Fourier é também realizado para se estabelecer os parâmetros de funcionamento dos filtros. O funcionamento dos circuitos como integradores e diferenciadores também é explorado. Os estudantes são, portanto, levados a compreender a eficácia desses filtros mais simples, dependendo das freqüências dos sinais de entrada e correspondentes componentes de Fourier, e das freqüências de corte estabelecidas.