Sistema eletromecânico para controlo intuitivo dos movimentos de uma sonda transesofágica

O ser humano realiza uma alimentação pouco variada, com grandes teores de açúcar e gorduras saturadas, ao mesmo tempo, está sujeito a profissões cada vez mais competitivas aonde passa longos períodos sentados sem qualquer esforço físico. Estes aspetos levam à acumulação de gorduras em redor de todos os órgãos, que promovem o aparecimento de problemas cardiovascular, que são atualmente, a principal causa de morte no mundo. O tratamento das doenças cardiovasculares é em muitas situações realizado por procedimentos minimamente-invasivos, que são guiados através de imagem médica. Contudo, a utilização de radiação durante a navegação é normalmente requerida o que tem consequências para o paciente e para a equipa médica. Nesta dissertação, focamo-nos nos recentes sistemas de aquisição de imagem sem radiação e no desenvolvimento de sistemas mais inteligentes para facilitar o controlo destes equipamentos durante o procedimento. Assim, pretendemos desenvolver um robô que apoie na aquisição de imagens de ultrassons através de uma sonda transesofágica. O robô desenvolvido possui um conjunto de engrenagens que fazem a transferência de movimento para as rodas dos manípulos da sonda e um encoder magnético que proporciona uma leitura rápida e de alta precisão dos movimentos da sonda. De forma a automaticamente adaptar a posição da sonda na direção do alvo anatómico, um sistema de motion tracking foi acoplado ao robô e ao instrumento cirúrgico utilizado durante o procedimento. Assim, todos os movimentos realizados pelo intervencionista são repetidos pela sonda, permitindo assim adquirir uma imagem de ultrassom sempre centrada no instrumento cirúrgico. Para avaliar a performance do robô foram realizados testes em laboratório. mais concretamente: 1) controlo do robô sem sonda acoplada e 2) controlo do robô com sonda acoplada. Os testes foram realizados com diferentes posições angulares, em todas as gamas de funcionamento do robô, avaliando o erro da posição final em relação posição desejada e o tempo de resposta. Os resultados demonstraram que um erro médio de 2º foi observado para as diferentes situações com um tempo médio de resposta de 300 ms. Os resultados alcançados demonstraram uma boa resposta do sistema, pelo que se espera que sistema desenvolvido venha ser capaz de reduzir o tempo de intervenção, aumentando a qualidade da intervenção e minimizando possíveis erros.

Low Complexity Intra Mode Selection for Efficient Distributed Video Coding

Motion compensated frame interpolation (MCFI) is one of the most efficient solutions to generate side information (SI) in the context of distributed video coding. However, it creates SI with rather significant motion compensated errors for some frame regions while rather small for some other regions depending on the video content. In this paper, a low complexity Infra mode selection algorithm is proposed to select the most 'critical' blocks in the WZ frame and help the decoder with some reliable data for those blocks. For each block, the novel coding mode selection algorithm estimates the encoding rate for the Intra based and WZ coding modes and determines the best coding mode while maintaining a low encoder complexity. The proposed solution is evaluated in terms of rate-distortion performance with improvements up to 1.2 dB regarding a WZ coding mode only solution.

Advanced side information creation techniques and framework for Wyner-Ziv video coding

Recently, several distributed video coding (DVC) solutions based on the distributed source coding (DSC) paradigm have appeared in the literature. Wyner-Ziv (WZ) video coding, a particular case of DVC where side information is made available at the decoder, enable to achieve a flexible distribution of the computational complexity between the encoder and decoder, promising to fulfill novel requirements from applications such as video surveillance, sensor networks and mobile camera phones. The quality of the side information at the decoder has a critical role in determining the WZ video coding rate-distortion (RD) performance, notably to raise it to a level as close as possible to the RD performance of standard predictive video coding schemes. Towards this target, efficient motion search algorithms for powerful frame interpolation are much needed at the decoder. In this paper, the RD performance of a Wyner-Ziv video codec is improved by using novel, advanced motion compensated frame interpolation techniques to generate the side information. The development of these type of side information estimators is a difficult problem in WZ video coding, especially because the decoder only has available some reference, decoded frames. Based on the regularization of the motion field, novel side information creation techniques are proposed in this paper along with a new frame interpolation framework able to generate higher quality side information at the decoder. To illustrate the RD performance improvements, this novel side information creation framework has been integrated in a transform domain turbo coding based Wyner-Ziv video codec. Experimental results show that the novel side information creation solution leads to better RD performance than available state-of-the-art side information estimators, with improvements up to 2 dB: moreover, it allows outperforming H.264/AVC Intra by up to 3 dB with a lower encoding complexity.

Implementation of Reed-Solomon RS (255,239) Code

In this paper the construction of Reed-Solomon RS(255,239) codeword is described and the process of coding and decoding a message is simulated and verified. RS(255,239), or its shortened version RS(224,208) is used as a coding technique in Low-Power Single Carrier (LPSC) physical layer, as described in IEEE 802.11ad standard. The encoder takes 239 8-bit information symbols, adds 16 parity symbols and constructs 255-byte codeword to be transmitted through wireless communication channel. RS(255,239) codeword is defined over Galois Field GF and is used for correcting upto 8 symbol errors. RS(255,239) code construction is fully implemented and Simulink test project is constructed for testing and analyzing purposes.

The decoupling approach to quantum information theory

La théorie de l'information quantique étudie les limites fondamentales qu'imposent les lois de la physique sur les tâches de traitement de données comme la compression et la transmission de données sur un canal bruité. Cette thèse présente des techniques générales permettant de résoudre plusieurs problèmes fondamentaux de la théorie de l'information quantique dans un seul et même cadre. Le théorème central de cette thèse énonce l'existence d'un protocole permettant de transmettre des données quantiques que le receveur connaît déjà partiellement à l'aide d'une seule utilisation d'un canal quantique bruité. Ce théorème a de plus comme corollaires immédiats plusieurs théorèmes centraux de la théorie de l'information quantique. Les chapitres suivants utilisent ce théorème pour prouver l'existence de nouveaux protocoles pour deux autres types de canaux quantiques, soit les canaux de diffusion quantiques et les canaux quantiques avec information supplémentaire fournie au transmetteur. Ces protocoles traitent aussi de la transmission de données quantiques partiellement connues du receveur à l'aide d'une seule utilisation du canal, et ont comme corollaires des versions asymptotiques avec et sans intrication auxiliaire. Les versions asymptotiques avec intrication auxiliaire peuvent, dans les deux cas, être considérées comme des versions quantiques des meilleurs théorèmes de codage connus pour les versions classiques de ces problèmes. Le dernier chapitre traite d'un phénomène purement quantique appelé verrouillage: il est possible d'encoder un message classique dans un état quantique de sorte qu'en lui enlevant un sous-système de taille logarithmique par rapport à sa taille totale, on puisse s'assurer qu'aucune mesure ne puisse avoir de corrélation significative avec le message. Le message se trouve donc «verrouillé» par une clé de taille logarithmique. Cette thèse présente le premier protocole de verrouillage dont le critère de succès est que la distance trace entre la distribution jointe du message et du résultat de la mesure et le produit de leur marginales soit suffisamment petite.

Apprentissage de représentations sur-complètes par entraînement d’auto-encodeurs

Les avancés dans le domaine de l’intelligence artificielle, permettent à des systèmes informatiques de résoudre des tâches de plus en plus complexes liées par exemple à la vision, à la compréhension de signaux sonores ou au traitement de la langue. Parmi les modèles existants, on retrouve les Réseaux de Neurones Artificiels (RNA), dont la popularité a fait un grand bond en avant avec la découverte de Hinton et al. [22], soit l’utilisation de Machines de Boltzmann Restreintes (RBM) pour un pré-entraînement non-supervisé couche après couche, facilitant grandement l’entraînement supervisé du réseau à plusieurs couches cachées (DBN), entraînement qui s’avérait jusqu’alors très difficile à réussir. Depuis cette découverte, des chercheurs ont étudié l’efficacité de nouvelles stratégies de pré-entraînement, telles que l’empilement d’auto-encodeurs traditionnels(SAE) [5, 38], et l’empilement d’auto-encodeur débruiteur (SDAE) [44]. C’est dans ce contexte qu’a débuté la présente étude. Après un bref passage en revue des notions de base du domaine de l’apprentissage machine et des méthodes de pré-entraînement employées jusqu’à présent avec les modules RBM, AE et DAE, nous avons approfondi notre compréhension du pré-entraînement de type SDAE, exploré ses différentes propriétés et étudié des variantes de SDAE comme stratégie d’initialisation d’architecture profonde. Nous avons ainsi pu, entre autres choses, mettre en lumière l’influence du niveau de bruit, du nombre de couches et du nombre d’unités cachées sur l’erreur de généralisation du SDAE. Nous avons constaté une amélioration de la performance sur la tâche supervisée avec l’utilisation des bruits poivre et sel (PS) et gaussien (GS), bruits s’avérant mieux justifiés que celui utilisé jusqu’à présent, soit le masque à zéro (MN). De plus, nous avons démontré que la performance profitait d’une emphase imposée sur la reconstruction des données corrompues durant l’entraînement des différents DAE. Nos travaux ont aussi permis de révéler que le DAE était en mesure d’apprendre, sur des images naturelles, des filtres semblables à ceux retrouvés dans les cellules V1 du cortex visuel, soit des filtres détecteurs de bordures. Nous aurons par ailleurs pu montrer que les représentations apprises du SDAE, composées des caractéristiques ainsi extraites, s’avéraient fort utiles à l’apprentissage d’une machine à vecteurs de support (SVM) linéaire ou à noyau gaussien, améliorant grandement sa performance de généralisation. Aussi, nous aurons observé que similairement au DBN, et contrairement au SAE, le SDAE possédait une bonne capacité en tant que modèle générateur. Nous avons également ouvert la porte à de nouvelles stratégies de pré-entraînement et découvert le potentiel de l’une d’entre elles, soit l’empilement d’auto-encodeurs rebruiteurs (SRAE).

Reconnaissance mnésique dans le vieillissement normal, le trouble cognitif léger et la maladie d’Alzheimer : impact du matériel et caractérisation des processus impliqués

Résumé: L’objectif général de la thèse était de caractériser les déficits de reconnaissance mnésique dans la maladie d’Alzheimer et le trouble cognitif léger. La thèse comprend trois articles. Le premier article propose une recension des écrits portant sur les déficits cognitifs dans le trouble cognitif léger, alors que les deux articles suivants rapportent les résultats d’études expérimentales portant sur la reconnaissance. Le but de la première étude empirique était d’évaluer l’impact du type de matériel sur la reconnaissance à long terme et la reconnaissance à court terme dans la maladie d’Alzheimer en comparant l’atteinte pour des stimuli verbaux et musicaux. Nos analyses de groupe ont révélé que les atteintes des personnes avec maladie d’Alzheimer s’étendaient à toutes les épreuves et que les déficits étaient d’une ampleur comparable en reconnaissance musicale et verbale. Les analyses corrélationnelles appuient, bien que partiellement, une certaine spécificité d’atteintes par domaine, particulièrement en reconnaissance à long terme, mais suggèrent également que les deux domaines puissent partager certains mécanismes. L’objectif de la seconde étude était de caractériser les processus utilisés en reconnaissance dans le vieillissement normal et le trouble cognitif léger en fonction de la nouveauté et du type de matériel. L’étude évaluait la recollection et la familiarité à l’aide de la méthode remember/know. Les tâches étaient composées d’items connus et d’items nouveaux faisant partie du domaine verbal ou du domaine musical. Les résultats ont révélé que la recollection était atteinte dans le vieillissement normal et le trouble cognitif léger, mais uniquement pour la reconnaissance de stimuli connus, ce qui est compatible avec le fait que les deux groupes ont de la difficulté à encoder l’information de façon élaborée. D’autre part, la familiarité était compromise dans le vieillissement normal, sans impact additionnel du trouble cognitif léger, et seulement pour la reconnaissance de stimuli inconnus. Cette atteinte peut être associée aux difficultés des aînés dans les tâches d’amorçage perceptif impliquant des items inconnus. Les résultats découlant de ces études s’avèrent pertinents dans une perspective clinique, en plus de pouvoir contribuer à certaines questions d’ordre théorique.

Intégration du contexte en traduction statistique à l’aide d’un perceptron à plusieurs couches

Les systèmes de traduction statistique à base de segments traduisent les phrases un segment à la fois, en plusieurs étapes. À chaque étape, ces systèmes ne considèrent que très peu d’informations pour choisir la traduction d’un segment. Les scores du dictionnaire de segments bilingues sont calculés sans égard aux contextes dans lesquels ils sont utilisés et les modèles de langue ne considèrent que les quelques mots entourant le segment traduit.Dans cette thèse, nous proposons un nouveau modèle considérant la phrase en entier lors de la sélection de chaque mot cible. Notre modèle d’intégration du contexte se différentie des précédents par l’utilisation d’un ppc (perceptron à plusieurs couches). Une propriété intéressante des ppc est leur couche cachée, qui propose une représentation alternative à celle offerte par les mots pour encoder les phrases à traduire. Une évaluation superficielle de cette représentation alter- native nous a montré qu’elle est capable de regrouper certaines phrases sources similaires même si elles étaient formulées différemment. Nous avons d’abord comparé avantageusement les prédictions de nos ppc à celles d’ibm1, un modèle couramment utilisé en traduction. Nous avons ensuite intégré nos ppc à notre système de traduction statistique de l’anglais vers le français. Nos ppc ont amélioré les traductions de notre système de base et d’un deuxième système de référence auquel était intégré IBM1.

Affective word priming in the left and right visual fields in young and older individuals

Alors que les hypothèses de valence et de dominance hémisphérique droite ont longtemps été utilisées afin d’expliquer les résultats de recherches portant sur le traitement émotionnel de stimuli verbaux et non-verbaux, la littérature sur le traitement de mots émotionnels est généralement en désaccord avec ces deux hypothèses et semble converger vers celle du décours temporel. Cette dernière hypothèse stipule que le décours temporal lors du traitement de certains aspects du système sémantique est plus lent pour l’hémisphère droit que pour l’hémisphère gauche. L’objectif de cette thèse est d’examiner la façon dont les mots émotionnels sont traités par les hémisphères cérébraux chez des individus jeunes et âgés. À cet effet, la première étude a pour objectif d’évaluer l’hypothèse du décours temporel en examinant les patrons d’activations relatif au traitement de mots émotionnels par les hémisphères gauche et droit en utilisant un paradigme d’amorçage sémantique et une tâche d’évaluation. En accord avec l’hypothèse du décours temporel, les résultats obtenus pour les hommes montrent que l’amorçage débute plus tôt dans l’hémisphère gauche et plus tard dans l’hémisphère droit. Par contre, les résultats obtenus pour les femmes sont plutôt en accord avec l’hypothèse de valence, car les mots à valence positive sont principalement amorcés dans l’hémisphère gauche, alors que les mots à valence négative sont principalement amorcés dans l’hémisphère droit. Puisque les femmes sont considérées plus « émotives » que les hommes, les résultats ainsi obtenus peuvent être la conséquence des effets de la tâche, qui exige une décision explicite au sujet de la cible. La deuxième étude a pour objectif d’examiner la possibilité que la préservation avec l’âge de l’habileté à traiter des mots émotionnels s’exprime par un phénomène compensatoire d’activations bilatérales fréquemment observées chez des individus âgés et maintenant un haut niveau de performance, ce qui est également connu sous le terme de phénomène HAROLD (Hemispheric Asymmetry Reduction in OLDer adults). En comparant les patrons d’amorçages de mots émotionnels auprès de jeunes adultes et d’adultes âgés performants à des niveaux élevés sur le plan comportemental, les résultats révèlent que l’amorçage se manifeste unilatéralement chez les jeunes participants et bilatéralement chez les participants âgés. Par ailleurs, l’amorçage se produit chez les participants âgés avec un léger délai, ce qui peut résulter d’une augmentation des seuils sensoriels chez les participants âgés, qui nécessiteraient alors davantage de temps pour encoder les stimuli et entamer l’activation à travers le réseau sémantique. Ainsi, la performance équivalente au niveau de la précision retrouvée chez les deux groupes de participants et l’amorçage bilatéral observé chez les participants âgés sont en accord avec l’hypothèse de compensation du phénomène HAROLD.

Simulation des fonctions de texture bidirectionnelles

Le réalisme des objets en infographie exige de simuler adéquatement leur apparence sous divers éclairages et à différentes échelles. Une solution communément adoptée par les chercheurs consiste à mesurer avec l’aide d’appareils calibrés la réflectance d’un échantillon de surface réelle, pour ensuite l’encoder sous forme d’un modèle de réflectance (BRDF) ou d’une texture de réflectances (BTF). Malgré des avancées importantes, les données ainsi mises à la portée des artistes restent encore très peu utilisées. Cette réticence pourrait s’expliquer par deux raisons principales : (1) la quantité et la qualité de mesures disponibles et (2) la taille des données. Ce travail propose de s’attaquer à ces deux problèmes sous l’angle de la simulation. Nous conjecturons que le niveau de réalisme du rendu en infographie produit déjà des résultats satisfaisants avec les techniques actuelles. Ainsi, nous proposons de précalculer et encoder dans une BTF augmentée les effets d’éclairage sur une géométrie, qui sera par la suite appliquée sur les surfaces. Ce précalcul de rendu et textures étant déjà bien adopté par les artistes, il pourra mieux s’insérer dans leurs réalisations. Pour nous assurer que ce modèle répond aussi aux exigences des représentations multi-échelles, nous proposons aussi une adaptation des BTFs à un encodage de type MIP map.

Comparison Study of Pattern Synthesis Techniques Using Neural Networks

In this paper, a comparison study among three neuralnetwork algorithms for the synthesis of array patterns is presented. The neural networks are used to estimate the array elements' excitations for an arbitrary pattern. The architecture of the neural networks is discussed and simulation results are presented. Two new neural networks, based on radial basis functions (RBFs) and wavelet neural networks (WNNs), are introduced. The proposed networks offer a more efficient synthesis procedure, as compared to other available techniques

A Beacon based Localization System for Autonomous Mobile Robots and its Applications in Traffic and Transport Control

ACCURATE sensing of vehicle position and attitude is still a very challenging problem in many mobile robot applications. The mobile robot vehicle applications must have some means of estimating where they are and in which direction they are heading. Many existing indoor positioning systems are limited in workspace and robustness because they require clear lines-of-sight or do not provide absolute, driftfree measurements.The research work presented in this dissertation provides a new approach to position and attitude sensing system designed specifically to meet the challenges of operation in a realistic, cluttered indoor environment, such as that of an office building, hospital, industrial or warehouse. This is accomplished by an innovative assembly of infrared LED source that restricts the spreading of the light intensity distribution confined to a sheet of light and is encoded with localization and traffic information. This Digital Infrared Sheet of Light Beacon (DISLiB) developed for mobile robot is a high resolution absolute localization system which is simple, fast, accurate and robust, without much of computational burden or significant processing. Most of the available beacon's performance in corridors and narrow passages are not satisfactory, whereas the performance of DISLiB is very encouraging in such situations. This research overcomes most of the inherent limitations of existing systems.The work further examines the odometric localization errors caused by over count readings of an optical encoder based odometric system in a mobile robot due to wheel-slippage and terrain irregularities. A simple and efficient method is investigated and realized using an FPGA for reducing the errors. The detection and correction is based on redundant encoder measurements. The method suggested relies on the fact that the wheel slippage or terrain irregularities cause more count readings from the encoder than what corresponds to the actual distance travelled by the vehicle.The application of encoded Digital Infrared Sheet of Light Beacon (DISLiB) system can be extended to intelligent control of the public transportation system. The system is capable of receiving traffic status input through a GSM (Global System Mobile) modem. The vehicles have infrared receivers and processors capable of decoding the information, and generating the audio and video messages to assist the driver. The thesis further examines the usefulness of the technique to assist the movement of differently-able (blind) persons in indoor or outdoor premises of his residence.The work addressed in this thesis suggests a new way forward in the development of autonomous robotics and guidance systems. However, this work can be easily extended to many other challenging domains, as well.

A Realization Of An Fpga Sub System For Reducing Odometric Localization Errors In Wheeled Mobile Robots

This paper introduces a simple and efficient method and its implementation in an FPGA for reducing the odometric localization errors caused by over count readings of an optical encoder based odometric system in a mobile robot due to wheel-slippage and terrain irregularities. The detection and correction is based on redundant encoder measurements. The method suggested relies on the fact that the wheel slippage or terrain irregularities cause more count readings from the encoder than what corresponds to the actual distance travelled by the vehicle. The standard quadrature technique is used to obtain four counts in each encoder period. In this work a three-wheeled mobile robot vehicle with one driving-steering wheel and two-fixed rear wheels in-axis, fitted with incremental optical encoders is considered. The CORDIC algorithm has been used for the computation of sine and cosine terms in the update equations. The results presented demonstrate the effectiveness of the technique

High frequency variability of the Atlantic meridional overturning circulation

We compare the variability of the Atlantic meridional overturning circulation (AMOC) as simulated by the coupled climate models of the RAPID project, which cover a wide range of resolution and complexity, and observed by the RAPID/MOCHA array at about 26N. We analyse variability on a range of timescales. In models of all resolutions there is substantial variability on timescales of a few days; in most AOGCMs the amplitude of the variability is of somewhat larger magnitude than that observed by the RAPID array, while the amplitude of the simulated annual cycle is similar to observations. A dynamical decomposition shows that in the models, as in observations, the AMOC is predominantly geostrophic (driven by pressure and sea-level gradients), with both geostrophic and Ekman contributions to variability, the latter being exaggerated and the former underrepresented in models. Other ageostrophic terms, neglected in the observational estimate, are small but not negligible. In many RAPID models and in models of the Coupled Model Intercomparison Project Phase 3 (CMIP3), interannual variability of the maximum of the AMOC wherever it lies, which is a commonly used model index, is similar to interannual variability in the AMOC at 26N. Annual volume and heat transport timeseries at the same latitude are well-correlated within 15-45N, indicating the climatic importance of the AMOC. In the RAPID and CMIP3 models, we show that the AMOC is correlated over considerable distances in latitude, but not the whole extent of the north Atlantic; consequently interannual variability of the AMOC at 50N is not well-correlated with the AMOC at 26N.

High frequency variability of the Atlantic meridional overturning circulation

We compare the variability of the Atlantic meridional overturning circulation (AMOC) as simulated by the coupled climate models of the RAPID project, which cover a wide range of resolution and complexity, and observed by the RAPID/MOCHA array at about 26N. We analyse variability on a range of timescales, from five-daily to interannual. In models of all resolutions there is substantial variability on timescales of a few days; in most AOGCMs the amplitude of the variability is of somewhat larger magnitude than that observed by the RAPID array, while the time-mean is within about 10% of the observational estimate. The amplitude of the simulated annual cycle is similar to observations, but the shape of the annual cycle shows a spread among the models. A dynamical decomposition shows that in the models, as in observations, the AMOC is predominantly geostrophic (driven by pressure and sea-level gradients), with both geostrophic and Ekman contributions to variability, the latter being exaggerated and the former underrepresented in models. Other ageostrophic terms, neglected in the observational estimate, are small but not negligible. The time-mean of the western boundary current near the latitude of the RAPID/MOCHA array has a much wider model spread than the AMOC does, indicating large differences among models in the simulation of the wind-driven gyre circulation, and its variability is unrealistically small in the models. In many RAPID models and in models of the Coupled Model Intercomparison Project Phase 3 (CMIP3), interannual variability of the maximum of the AMOC wherever it lies, which is a commonly used model index, is similar to interannual variability in the AMOC at 26N. Annual volume and heat transport timeseries at the same latitude are well-correlated within 15--45N, indicating the climatic importance of the AMOC. In the RAPID and CMIP3 models, we show that the AMOC is correlated over considerable distances in latitude, but not the whole extent of the north Atlantic; consequently interannual variability of the AMOC at 50N, where it is particularly relevant to European climate, is not well-correlated with that of the AMOC at 26N, where it is monitored by the RAPID/MOCHA array.