FE - DI | Dissertações de Mestrado e Teses de Doutoramento
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- 6D Pose Estimation and Object RecognitionPublication . Pereira, Nuno José Matos; Alexandre, Luís Filipe Barbosa de Almeida6D pose estimation is a computer vision task where the objective is to estimate the 3 degrees of freedom of the object’s position (translation vector) and the other 3 degrees of freedom for the object’s orientation (rotation matrix). 6D pose estimation is a hard problem to tackle due to the possible scene cluttering, illumination variability, object truncations, and different shapes, sizes, textures, and similarities between objects. However, 6D pose estimation methods are used in multiple contexts like augmented reality, for example, where badly placed objects into the real-world can break the experience of augmented reality. Another application example is the use of augmented reality in the industry to train new and competent workers where virtual objects need to be placed in the correct positions to look like real objects or simulate their placement in the correct positions. In the context of Industry 4.0, robotic systems require adaptation to handle unconstrained pick-and-place tasks, human-robot interaction and collaboration, and autonomous robot movement. These environments and tasks are dependent on methods that perform object detection, object localization, object segmentation, and object pose estimation. To have accurate robotic manipulation, unconstrained pick-and-place, and scene understanding, accurate object detection and 6D pose estimation methods are needed. This thesis presents methods that were developed to tackle the 6D pose estimation problem as-well as the implementations of proposed pipelines in the real-world. To use the proposed pipelines in the real-world a data set needed to be capture and annotated to train and test the methods. Some controlling robot routines and interfaces were developed in order to be able to control a UR3 robot in the pipelines. The MaskedFusion method, proposed by us, achieves pose estimation accuracy below 6mm in the LineMOD dataset and an AUC score of 93.3% in the challenging YCB-Video dataset. Despite longer training time, MaskedFusion demonstrates low inference time, making it suitable for real-time applications. A study was performed about the effectiveness of employing different color spaces and improved segmentation algorithms to enhance the accuracy of 6D pose estimation methods. Moreover, the proposed MPF6D outperforms other approaches, achieving remarkable accuracy of 99.7% in the LineMOD dataset and 98.06% in the YCB-Video dataset, showcasing its potential for high-precision 6D pose estimation. Additionally, the thesis presents object grasping methods with exceptional accuracy. The first approach, comprising data capture, object detection, 6D pose estimation, grasping detection, robot planning, and motion execution, achieves a 90% success rate in non-controlled environment tests. Leveraging a diverse dataset with varying light conditions proves critical for accurate performance in real-world scenarios. Furthermore, an alternative method demonstrates accurate object grasping without relying on 6D pose estimation, offering faster execution and requiring less computational power. With a remarkable 96% accuracy and an average execution time of 5.59 seconds on a laptop without an NVIDIA GPU, this method demonstrates efficiency and practicality performing unconstrained pick-and-place tasks using a UR3 robot.
- Acessibilidade Aplicação BancáriaPublication . Nunes, Gonçalo Carmona; Inácio, Pedro Ricardo Morais; Brito, João Carlos Nunes da SilvaA unidade curricular de Projeto de Dissertação ou de Estágio Curricular, teve como intuito a planificação seguida da implementação e desenvolvimento do projeto a ser desenvolvido, o qual foi delineado numa primeira fase. A planificação, foi realizada após a integração na empresa ITSector (empresa onde se realizou o estágio). Antes desta fase, foi ainda concretizada uma Academia de Android, fornecida por esta entidade. Finalizada a Academia, foi então, escolhido o tema a ser estudado, preparado e desenvolvido numa aplicação móvel já existente, relacionada com um banco. O presente relatório aborda um tema bastante importante atualmente, que é a acessibilidade, o qual foi estudado e depois implementado na aplicação já desenvolvida, de forma a melhorar e aumentar o nível de acessibilidade da mesma. Com o aumento de pessoas com determinadas incapacidades no mundo, é essencial produzir aplicações que consigam fornecer igualdade de acesso, a qualquer utilizador. Partindo assim deste tema, é realizado inicialmente um enquadramento teórico relativamente às deficiências. Neste documento, as deficiências mais comuns serão as mais evidenciadas. São também enunciadas ferramentas/recursos, e aspetos importantes a ter em conta, antes de qualquer tentativa de criação e desenvolvimento de uma aplicação Android. Posteriormente, é mencionada a planificação que foi definida pormenorizadamente, de como decorreu o desenvolvimento da aplicação. Nesta etapa são, portanto definidas as tarefas realizadas durante o estágio, bem como o respetivo plano a seguir para a execução das mesmas. E por fim, são identificados e discutidos alguns riscos possíveis de ocorrer durante todo o processo de desenvolvimento da aplicação. Além, de estes serem nomeados e detalhados, é também referido o plano de mitigação, sendo constituído pelas soluções a realizar, caso tivesse sido necessário, para minimizar ou mitigar estes riscos. Após a conclusão do estudo e do planeamento do projeto, iniciouse um período de desenvolvimento, onde se implementou a acessibilidade na aplicação móvel. Este capítulo encontrase descrito sucintamente, conforme com as tarefas que foram antes programadas, de modo que fique percetível tudo aquilo que foi aplicado e trabalhado. Após um tempo de longo estudo e investigação para recolha de dados importantes relativamente ao tema deste projeto, e posteriormente implementação, eis que a aplicação atinge os seus resultados e alguns dos quais são apresentados neste relatório. Fazem ainda parte deste relatório, as tecnologias e ferramentas que foram utilizadas no decorrer deste, e sem as quais não seria possível a realização deste projeto. No fim, é ainda feita uma conclusão para evidenciar os pontos fulcrais que ocorreram desde a planificação até à concretização do projeto, e tudo o que poderá ser adicionado à aplicação no futuro.
- Adaptabilidade não Supervisionada Independente da Língua, ao Perfil Linguístico do UtilizadorPublication . Pedro, Ramos Eduardo; Pais, Sebastião Augusto Rodrigues Figueiredo; Cordeiro, João Paulo da CostaVivemos atualmente num período de grande entusiasmo, devido ao exponencial do surgimento de diversas ferramentas associadas às normas e tecnologias agregadas às adaptabilidades não supervisionadas, independentes da língua do utilizador. Apesar disso, o uso dessas ferramentas não está acessível a todos os utilizadores, sendo que se assume como um obstáculo. Assumindo que o sucesso de qualquer tecnologia se encontra dependente da sua aceitação por parte dos seus utilizadores, a presente investigação pretende contribuir para uma exposição de conceitos, normas e tecnologias associadas às sociedades adaptáveis, com métodos e técnicas que permitem uma maior familiarização das interfaces adaptáveis, não supervisionadas ao perfil dos utilizadores. Este trabalho propõe um estudo sobre a análise de uma adaptabilidade não supervisionada independente da língua não supervisionada para um perfil linguístico com uso de métodos e técnicas de processamento de linguagem natural (PLN) usando a similaridade assimétrica com o uso de técnicas de extração de textos e, posteriormente, avaliar as similaridades encontradas. Foram utilizados métodos linguísticos e técnicas uniformes, baseados no perfil linguístico do utilizador, enquanto medida comparada na variedade de línguas com base num vasto leque de línguas potencialmente heterogéneas variáveis, onde se focaliza especificamente uma caraterística metodológica baseada na adaptabilidade não supervisionada independente da língua do perfil linguístico do utilizador. Devido à grande quantidade de informação disponível atualmente no meio eletrónico, uma das tarefas consiste na classificação adaptável do perfil de um utilizador e na extração de termos relevantes e não relevantes que tem vindo a ganhar importância nas pesquisas realizadas nas áreas de extração de termos e na recuperação de informações. A média apresenta melhores resultados do que as combinações baseadas na estratégia de classificação de melhores resultados. O método proposto parece ser útil para desambiguar uma grande percentagem de consultas temporais para os utilizadores.
- Adaptive Methods for Color Vision Impaired UsersPublication . Ribeiro, Maria Madalena Gonçalves; Gomes, Abel João PadrãoColor plays a key role in the understanding of the information in computer environments. It happens that about 5% of the world population is affected by color vision deficiency (CVD), also called color blindness. This visual impairment hampers the color perception, ending up by limiting the overall perception that CVD people have about the surrounding environment, no matter it is real or virtual. In fact, a CVD individual may not distinguish between two different colors, what often originates confusion or a biased understanding of the reality, including web environments, whose web pages are plenty of media elements like text, still images, video, sprites, and so on. Aware of the difficulties that color-blind people may face in interpreting colored contents, a significant number of recoloring algorithms have been proposed in the literature with the purpose of improving the visual perception of those people somehow. However, most of those algorithms lack a systematic study of subjective assessment, what undermines their validity, not to say usefulness. Thus, in the sequel of the research work behind this Ph.D. thesis, the central question that needs to be answered is whether recoloring algorithms are of any usefulness and help for colorblind people or not. With this in mind, we conceived a few preliminary recoloring algorithms that were published in conference proceedings elsewhere. Except the algorithm detailed in Chapter 3, these conference algorithms are not described in this thesis, though they have been important to engender those presented here. The first algorithm (Chapter 3) was designed and implemented for people with dichromacy to improve their color perception. The idea is to project the reddish hues onto other hues that are perceived more regularly by dichromat people. The second algorithm (Chapter 4) is also intended for people with dichromacy to improve their perception of color, but its applicability covers the adaptation of text and image, in HTML5- compliant web environments. This enhancement of color contrast of text and imaging in web pages is done while keeping the naturalness of color as much as possible. Also, to the best of our knowledge, this is the first web recoloring approach targeted to dichromat people that takes into consideration both text and image recoloring in an integrated manner. The third algorithm (Chapter 5) primarily focuses on the enhancement of some of the object contours in still images, instead of recoloring the pixels of the regions bounded by such contours. Enhancing contours is particularly suited to increase contrast in images, where we find adjacent regions that are color indistinguishable from dichromat’s point of view. To our best knowledge, this is one of the first algorithms that take advantage of image analysis and processing techniques for region contours. After accurate subjective assessment studies for color-blind people, we concluded that the CVD adaptation methods are useful in general. Nevertheless, each method is not efficient enough to adapt all sorts of images, that is, the adequacy of each method depends on the type of image (photo-images, graphical representations, etc.). Furthermore, we noted that the experience-based perceptual learning of colorblind people throughout their lives determines their visual perception. That is, color adaptation algorithms must satisfy requirements such as color naturalness and consistency, to ensure that dichromat people improve their visual perception without artifacts. On the other hand, CVD adaptation algorithms should be object-oriented, instead of pixel-oriented (as typically done), to select judiciously pixels that should be adapted. This perspective opens an opportunity window for future research in color accessibility in the field of in human-computer interaction (HCI).
- AlgoMed, algoritmos médicosPublication . Campos, Fábio Filipe Saraiva; Araújo, Pedro José Guerra; Sousa, Miguel Castelo Branco Craveiro deO documento apresentado descreve o processo para o desenvolvimento de uma biblioteca de algoritmos de processamento de dados fisiológicos. Esta dissertação foca-se na medição da pressão arterial e no processamento de sinal de um electrocardiograma (ECG). Para a pressão arterial foi desenvolvido um conjunto de algoritmos segundo o método oscilométrico, que permitem determinar os valores da pressão sistólica e diastólica. É usado o método dos mínimos quadráticos para fazer a aproximação dos valores da envolvente das oscilações, com polinómios de diferentes graus. A determinação da pressão arterial é feita com base em dois critérios: o de altura e o de declive da envolvente das oscilações. Foi feito um teste comparativo com um dispositivo comercial para verificar os diferentes métodos implementados. Em relação ao ECG são apresentadas e analisadas técnicas para detecção das diversas ondas que o compõem, em particular usando o algoritmo Multiplication of backward differences (MOBD) para a onda R. É também apresentado um método para detectar a pulsação em tempo real.
- Algorithms for the assessment of tremors for diagnostic support of neurodegenerative diseasesPublication . Raposo, João Miguel Vilelas; Santos, Nuno Manuel Garcia dos; Oliveira, José António Martinez Souto deAs doenças neurodegenerativas costumam incluir sintomas como tremores frequentemente visto em movimento dos membros. No entanto, esses movimentos podem ser invisíveis par ao olho humano e pode variar de paciente para paciente, variando também com a hora do dia. O preciso medição dos tremores pode provar ser uma ferramenta importante para o apoio no diagnóstico e a terapia para essas doenças. Com base no conhecimento prévio, esta dissertação irá desenvolver um algorimo (ou conjunto de algoritmos) para medir e fornecer informações a um médico sobre o estado do sintoma específico.
- Alocação de Máquinas Virtuais em Ambientes de Computação em Nuvem Baseada em Requisitos de Service Level AgreementPublication . Oliveira, Raysa da Luz; Freire, Mário MarquesA computação em nuvem teve um avanço considerável nos últimos anos, trazendo grandes benefícios incluindo escalabilidade, flexibilidade, acessibilidade global, melhor utilização de recursos e redução de custos, entre outros. Apesar de todos os benefícios, esta adesão e crescimento trás consigo grandes desafios como otimização do uso de recursos computacionais, redução de custos, garantia da qualidade de serviço (Quality of Service (QoS)), segurança, etc. As garantias da qualidade de serviço são estabelecidas através de Service Level Agreements (SLAs), que são contratos estabelecidos entre o cliente e o fornecedor do serviço de computação em nuvem, visando especificar de forma mensurável as metas de nível de serviço a serem cumpridas, além dos papéis e responsabilidades das partes envolvidas. Este trabalho apresenta um estudo sobre cumprimento de SLAs por algoritmos de alocação de máquinas virtuais em ambientes de computação em nuvem. O trabalho tem em consideração métricas como disponibilidade, custo, tempo de conclusão de uma aplicação (task completion time) e nível de tolerância a faltas, avaliando o cumprimento de tais métricas em diferentes cenários. O estudo é realizado utilizando o framework CloudSim Plus para modelação e execução de simulações de computação em nuvem. São introduzidos dois módulos no framework visando: (i) especificação de SLAs e templates de máquinas virtuais em formato JavaScript Object Notation (JSON), seguindo padrões do Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2); (ii) injeção de faltas aleatórias, permitindo avaliar como os SLAs são afetados perante o surgimento de faltas nos servidores. Por fim, o trabalho apresenta uma proposta para automação da criação e alocação de máquinas virtuais, visando cumprir os SLAs e libertar o cliente da necessidade de especificar a quantidade mínima de máquinas virtuais para atendimento dos níveis de serviço exigidos. Mesmo com todo o nível de automação que os fornecedores de computação em nuvem possam oferecer, os resultados obtidos mostram que é possível melhorar a automação destes serviços, reduzindo a necessidade de intervenção do cliente e as violações de SLA devido a uma inadequada configuração de máquinas virtuais realizada pelo cliente.
- Ambiente 3D Web para visualização de modelosPublication . Pesqueira, Ricardo Jorge de Jesus Rodrigues; Silva, Frutuoso Gomes Mendes daOs ambientes 3D são bastante utilizados na simulação de cenários por diversos motivos. Estes permitem simular cenários de forma simples e rápida, sendo por isso uma excelente ferramenta de trabalho. Com o aparecimento da tecnologia WebgGL que nos permite ter gráficos 2D e 3D no browser sem necessidade de plugins, tornou-se mais simples o desenvolvimento de aplicações gráficas para a Web. Com este trabalho pretendeu-se avaliar as capacidades do WebGL através do desenvolvimento de um ambiente 3D Web para visualização de modelos 3D em cenários indoor. O principal objectivo foi a criação de um ambiente 3D Web interactivo que permita ao utilizador interagir com o cenário em tempo real, por exemplo através da navegação no cenário ou da alteração das propriedades da iluminação existente. Além disso, ter ainda a possibilidade de visualizar os seus próprios modelos tridimensionais (construídos num qualquer software de modelação), desde que armazenados no formato OBJ. Pretendeu-se ainda criar um algoritmo de iluminação global baseado no algoritmo de ray tracing, que permitisse o cálculo de reflexões entre os modelos do mundo virtual.
- An ambient assisted living solution for mobile environmentsPublication . Horta, Edgar Tavares da; Rodrigues, Joel José Puga CoelhoAn Ambient Assisted Living (AAL) mobile health application solution with biofeedback based on body sensors is very useful to perform a data collection for diagnosis in patients whose clinical conditions are not favourable. This system allows comfort, mobility, and efficiency in all the process of data collection providing more confidence and operability. A physical fall may be considered something natural in the life span of a human being from birth to death. In a perfect scenario it would be possible to predict when a fall will occur in order to avoid it. Falls represent a high risk for senior people health. Those falls can cause fractures or injuries causing great dependence and debilitation to the elderly and even death in extreme cases. Falls can be detected by the accelerometer included in most of the available mobile phones or portable digital assistants (PDAs). To reverse this tendency, it can be obtained more accurate data for patients monitoring from the body sensors attached to the human body (such as, electrocardiogram (ECG), electromyography (EMG), blood volume pulse (BVP), electro dermal activity (EDA), and galvanic skin response (GSR)). Then, this dissertation reviews the related literature on this topic and introduces a mobile solution for falls prevention, detection, and biofeedback monitoring. The proposed system collects sensed data that is sent to a smartphone or tablet through Bluetooth. Mobile devices are used to process and display information graphically to users. The falls prevention system uses collected data from sensors in order to control and advice the patient or even to give instructions to treat an abnormal condition to reduce the falls risk. In cases of symptoms that last more time it can even detect a possible disease. The signal processing algorithms plays a key role in the fall prevention system. These algorithms in real time, through the capture of biofeedback data, are needed to extract relevant information from the signals detected to warn the patient. Monitoring and processing data from sensors is realized by a smartphone or tablet that will send warnings to users. All the process is performed in real time. These mobile devices are also used as a gateway to send the collected data to a Web service, which subsequently allows data storage and consultation. The proposed system is evaluated, demonstrated, and validated through a prototype and it is ready for use.
- An Embryo Quality Assessment Application for ART LaboratoriesPublication . Silva, João Pedro Ribeiro Pessoa da; Fazendeiro, Paulo André PaisIn this work it is described a system that aims to meet the needs of information management in Assisted Reproductive Technologies (ART) laboratories; it is also proposed an evaluation model of embryos based on a triangular norm. One of the most common undesired consequences of ART treatments is the occurrence of multiple pregnancies. Therefore reducing the number of embryos per transfer is of paramount importance. In order to improve pregnancy rates while reducing the incidence of multiple births an accurate embryo quality evaluation is essential. The main objectives of the synthesized system are twofold: (i) the gathering and management of all the information needed to perform the embryo evaluation and (ii) the development of a tool that can serve as aid to carry out that evaluation with precision and consistency. The application herein presented accomplishes these two objectives. The analysis of the requirements of the assessment process has resulted in a flexible data model, used in the presented prototype, supporting the selective embryo transfer decision-making process.