195 research outputs found

    Beam scanning by liquid-crystal biasing in a modified SIW structure

    Get PDF
    A fixed-frequency beam-scanning 1D antenna based on Liquid Crystals (LCs) is designed for application in 2D scanning with lateral alignment. The 2D array environment imposes full decoupling of adjacent 1D antennas, which often conflicts with the LC requirement of DC biasing: the proposed design accommodates both. The LC medium is placed inside a Substrate Integrated Waveguide (SIW) modified to work as a Groove Gap Waveguide, with radiating slots etched on the upper broad wall, that radiates as a Leaky-Wave Antenna (LWA). This allows effective application of the DC bias voltage needed for tuning the LCs. At the same time, the RF field remains laterally confined, enabling the possibility to lay several antennas in parallel and achieve 2D beam scanning. The design is validated by simulation employing the actual properties of a commercial LC medium

    Insect neuroethology of reinforcement learning

    Get PDF
    Historically, reinforcement learning is a branch of machine learning founded on observations of how animals learn. This involved collaboration between the fields of biology and artificial intelligence that was beneficial to both fields, creating smarter artificial agents and improving the understanding of how biological systems function. The evolution of reinforcement learning during the past few years was rapid but substantially diverged from providing insights into how biological systems work, opening a gap between reinforcement learning and biology. In an attempt to close this gap, this thesis studied the insect neuroethology of reinforcement learning, that is, the neural circuits that underlie reinforcement-learning-related behaviours in insects. The goal was to extract a biologically plausible plasticity function from insect-neuronal data, use this to explain biological findings and compare it to more standard reinforcement learning models. Consequently, a novel dopaminergic plasticity rule was developed to approximate the function of dopamine as the plasticity mechanism between neurons in the insect brain. This allowed a range of observed learning phenomena to happen in parallel, like memory depression, potentiation, recovery, and saturation. In addition, by using anatomical data of connections between neurons in the mushroom body neuropils of the insect brain, the neural incentive circuit of dopaminergic and output neurons was also explored. This, together with the dopaminergic plasticity rule, allowed for dynamic collaboration amongst parallel memory functions, such as acquisition, transfer, and forgetting. When tested on olfactory conditioning paradigms, the model reproduced the observed changes in the activity of the identified neurons in fruit flies. It also replicated the observed behaviour of the animals and it allowed for flexible behavioural control. Inspired by the visual navigation system of desert ants, the model was further challenged in the visual place recognition task. Although a relatively simple encoding of the olfactory information was sufficient to explain odour learning, a more sophisticated encoding of the visual input was required to increase the separability among the visual inputs and enable visual place recognition. Signal whitening and sparse combinatorial encoding were sufficient to boost the performance of the system in this task. The incentive circuit enabled the encoding of increasing familiarity along a known route, which dropped proportionally to the distance of the animal from that route. Finally, the proposed model was challenged in delayed reinforcement tasks, suggesting that it might take the role of an adaptive critic in the context of reinforcement learning

    Contributions to time series analysis, modelling and forecasting to increase reliability in industrial environments.

    Get PDF
    356 p.La integración del Internet of Things en el sector industrial es clave para alcanzar la inteligencia empresarial. Este estudio se enfoca en mejorar o proponer nuevos enfoques para aumentar la confiabilidad de las soluciones de IA basadas en datos de series temporales en la industria. Se abordan tres fases: mejora de la calidad de los datos, modelos y errores. Se propone una definición estándar de métricas de calidad y se incluyen en el paquete dqts de R. Se exploran los pasos del modelado de series temporales, desde la extracción de características hasta la elección y aplicación del modelo de predicción más eficiente. El método KNPTS, basado en la búsqueda de patrones en el histórico, se presenta como un paquete de R para estimar datos futuros. Además, se sugiere el uso de medidas elásticas de similitud para evaluar modelos de regresión y la importancia de métricas adecuadas en problemas de clases desbalanceadas. Las contribuciones se validaron en casos de uso industrial de diferentes campos: calidad de producto, previsión de consumo eléctrico, detección de porosidad y diagnóstico de máquinas

    Coherent and Holographic Imaging Methods for Immersive Near-Eye Displays

    Get PDF
    Lähinäytöt on suunniteltu tarjoamaan realistisia kolmiulotteisia katselukokemuksia, joille on merkittävää tarvetta esimerkiksi työkoneiden etäkäytössä ja 3D-suunnittelussa. Nykyaikaiset lähinäytöt tuottavat kuitenkin edelleen ristiriitaisia visuaalisia vihjeitä, jotka heikentävät immersiivistä kokemusta ja haittaavat niiden miellyttävää käyttöä. Merkittävänä ratkaisuvaihtoehtona pidetään koherentin valon, kuten laservalon, käyttöä näytön valaistukseen, millä voidaan korjata nykyisten lähinäyttöjen puutteita. Erityisesti koherentti valaistus mahdollistaa holografisen kuvantamisen, jota käyttävät holografiset näytöt voivat tarkasti jäljitellä kolmiulotteisten mallien todellisia valoaaltoja. Koherentin valon käyttäminen näyttöjen valaisemiseen aiheuttaa kuitenkin huomiota vaativaa korkean kontrastin häiriötä pilkkukuvioiden muodossa. Lisäksi holografisten näyttöjen laskentamenetelmät ovat laskennallisesti vaativia ja asettavat uusia haasteita analyysin, pilkkuhäiriön ja valon mallintamisen suhteen. Tässä väitöskirjassa tutkitaan laskennallisia menetelmiä lähinäytöille koherentissa kuvantamisjärjestelmässä käyttäen signaalinkäsittelyä, koneoppimista sekä geometrista (säde) ja fysikaalista (aalto) optiikan mallintamista. Työn ensimmäisessä osassa keskitytään holografisten kuvantamismuotojen analysointiin sekä kehitetään hologrammien laskennallisia menetelmiä. Holografian korkeiden laskentavaatimusten ratkaisemiseksi otamme käyttöön holografiset stereogrammit holografisen datan likimääräisenä esitysmuotona. Tarkastelemme kyseisen esitysmuodon visuaalista oikeellisuutta kehittämällä analyysikehyksen holografisen stereogrammin tarjoamien visuaalisten vihjeiden tarkkuudelle akkommodaatiota varten suhteessa sen suunnitteluparametreihin. Lisäksi ehdotamme signaalinkäsittelyratkaisua pilkkuhäiriön vähentämiseksi, ratkaistaksemme nykyisten menetelmien valon mallintamiseen liittyvät visuaalisia artefakteja aiheuttavat ongelmat. Kehitämme myös uudenlaisen holografisen kuvantamismenetelmän, jolla voidaan mallintaa tarkasti valon käyttäytymistä haastavissa olosuhteissa, kuten peiliheijastuksissa. Väitöskirjan toisessa osassa lähestytään koherentin näyttökuvantamisen laskennallista taakkaa koneoppimisen avulla. Kehitämme koherentin akkommodaatioinvariantin lähinäytön suunnittelukehyksen, jossa optimoidaan yhtäaikaisesti näytön staattista optiikka ja näytön kuvan esikäsittelyverkkoa. Lopuksi nopeutamme ehdottamaamme uutta holografista kuvantamismenetelmää koneoppimisen avulla reaaliaikaisia sovelluksia varten. Kyseiseen ratkaisuun sisältyy myös tehokkaan menettelyn kehittäminen funktionaalisten satunnais-3D-ympäristöjen tuottamiseksi. Kehittämämme menetelmä mahdollistaa suurten synteettisten moninäkökulmaisten kuvien datasettien tuottamisen, joilla voidaan kouluttaa sopivia neuroverkkoja mallintamaan holografista kuvantamismenetelmäämme reaaliajassa. Kaiken kaikkiaan tässä työssä kehitettyjen menetelmien osoitetaan olevan erittäin kilpailukykyisiä uusimpien koherentin valon lähinäyttöjen laskentamenetelmien kanssa. Työn tuloksena nähdään kaksi vaihtoehtoista lähestymistapaa ristiriitaisten visuaalisten vihjeiden aiheuttamien nykyisten lähinäyttöongelmien ratkaisemiseksi joko staattisella tai dynaamisella optiikalla ja reaaliaikaiseen käyttöön soveltuvilla laskentamenetelmillä. Esitetyt tulokset ovat näin ollen tärkeitä seuraavan sukupolven immersiivisille lähinäytöille.Near-eye displays have been designed to provide realistic 3D viewing experience, strongly demanded in applications, such as remote machine operation, entertainment, and 3D design. However, contemporary near-eye displays still generate conflicting visual cues which degrade the immersive experience and hinders their comfortable use. Approaches using coherent, e.g., laser light for display illumination have been considered prominent for tackling the current near-eye display deficiencies. Coherent illumination enables holographic imaging whereas holographic displays are expected to accurately recreate the true light waves of a desired 3D scene. However, the use of coherent light for driving displays introduces additional high contrast noise in the form of speckle patterns, which has to be taken care of. Furthermore, imaging methods for holographic displays are computationally demanding and impose new challenges in analysis, speckle noise and light modelling. This thesis examines computational methods for near-eye displays in the coherent imaging regime using signal processing, machine learning, and geometrical (ray) and physical (wave) optics modeling. In the first part of the thesis, we concentrate on analysis of holographic imaging modalities and develop corresponding computational methods. To tackle the high computational demands of holography, we adopt holographic stereograms as an approximative holographic data representation. We address the visual correctness of such representation by developing a framework for analyzing the accuracy of accommodation visual cues provided by a holographic stereogram in relation to its design parameters. Additionally, we propose a signal processing solution for speckle noise reduction to overcome existing issues in light modelling causing visual artefacts. We also develop a novel holographic imaging method to accurately model lighting effects in challenging conditions, such as mirror reflections. In the second part of the thesis, we approach the computational complexity aspects of coherent display imaging through deep learning. We develop a coherent accommodation-invariant near-eye display framework to jointly optimize static display optics and a display image pre-processing network. Finally, we accelerate the corresponding novel holographic imaging method via deep learning aimed at real-time applications. This includes developing an efficient procedure for generating functional random 3D scenes for forming a large synthetic data set of multiperspective images, and training a neural network to approximate the holographic imaging method under the real-time processing constraints. Altogether, the methods developed in this thesis are shown to be highly competitive with the state-of-the-art computational methods for coherent-light near-eye displays. The results of the work demonstrate two alternative approaches for resolving the existing near-eye display problems of conflicting visual cues using either static or dynamic optics and computational methods suitable for real-time use. The presented results are therefore instrumental for the next-generation immersive near-eye displays

    1-D broadside-radiating leaky-wave antenna based on a numerically synthesized impedance surface

    Get PDF
    A newly-developed deterministic numerical technique for the automated design of metasurface antennas is applied here for the first time to the design of a 1-D printed Leaky-Wave Antenna (LWA) for broadside radiation. The surface impedance synthesis process does not require any a priori knowledge on the impedance pattern, and starts from a mask constraint on the desired far-field and practical bounds on the unit cell impedance values. The designed reactance surface for broadside radiation exhibits a non conventional patterning; this highlights the merit of using an automated design process for a design well known to be challenging for analytical methods. The antenna is physically implemented with an array of metal strips with varying gap widths and simulation results show very good agreement with the predicted performance

    Applications

    Get PDF
    Volume 3 describes how resource-aware machine learning methods and techniques are used to successfully solve real-world problems. The book provides numerous specific application examples: in health and medicine for risk modelling, diagnosis, and treatment selection for diseases in electronics, steel production and milling for quality control during manufacturing processes in traffic, logistics for smart cities and for mobile communications
    corecore