Integration and Application of a Fiber-Optic Sensing System for Monitoring Debris Flows

This study presents an innovative fiber-optic sensing system for monitoring debris flows. The system mainly comprises an interrogator and four fiber Bragg grating accelerometers. The field tests show that signal-to-noise-ratio (SNR) of the fiber-optic sensor is 10 dB higher than that of a geophone. Following confirmation of the reliability of the proposed sensing system, the systems are deployed along the Ai-Yu-Zi and Chu-Shui Creeks in Nautou County, Taiwan, for monitoring debris flows. The four accelerometers are installed in series. The systems have detected several debris flows in 2012. The monitored data reveal that the frequency range of the acceleration of ground vibration is 10-150 Hz, which is the same as that of the velocity of ground vibration detected by a sensing system that includes geophones. Because the fiber-optic sensing system is more sensitive than the geophone system, the proposed fiber-optic sensing system is highly promising for use in monitoring natural disasters that generate ground vibrations.本研究藉由組合光纖光柵加速度計、解調儀、及其他相關元件，發展一套可偵測土 石流之光纖感測系統。現地測試結果顯示，與目前常用含地聲檢知器的土石流感測系統相較， 本系統所測得地表振動訊號之訊雜比比前者高10 dB。在測試系統量測效能後，將此系統分別 架設於南投縣信義鄉神木村之愛玉子溪及出水溪上。系統中採串連方式配置四個光纖加速度 計，並於2012 年監測到多場土石流。觀測結果顯示，光纖感測系統所測得土石流所造成地表 振動之加速度，與過去地聲檢知器所測得土石流地表振動速度，兩者頻率一樣，均為10–150 Hz。由於光纖光柵加速度計相較於地聲檢知器更為靈敏，因此，除了可應用於偵測土石流外， 也可應用於監測會產生地表振動的其他坡地災害，如：落石及山崩等

[[alternative]]Robust, Real Time People Tracking with Shadow Removal in Open Environment

計畫編號：NSC93-2213-E032-010研究期間：200408~200507研究經費：502,000[[abstract]]人體追蹤系統已被廣泛研究與應用，如大樓安全監控系統，利用人體自動監控 系統，可有效管制人員進出。人體追蹤系統亦能有效的應用在動作分析理解(Motion understanding)上，利用追蹤系統，我們可以有效偵測出人體之角度與位置，進而分 析此動作或是判斷此動作的內涵；人體追蹤系統亦能應用在輔具上，利用影像的追 蹤，提醒盲生即將遇到之空間阻礙。 然而在人體追蹤系統的研究中，常會因為陰影的產生，造成人體追蹤系統的失 敗。或是因為人體與背景的顏色相似，導致追蹤失敗。在本計劃中，我們計劃提出 一套特徵抽取技術，可以有效的抵抗光線的改變，並能成功的分辨出與背景顏色相 近的物體。在我們提出的架構中，我們結合小波理論，去除雜訊，並提出陰影去除 技術，能有效的分辨陰影與追蹤物體，有效去除陰影，增強追蹤系統的強健度。並 利用色彩變化量作為追蹤之特徵參數，用以有效的減少光線因素對追蹤系統的影 響。並引用卡曼濾波器與區塊預測法，預測目標物下一個移動位置。如此，即使人 體的移動速度與方向改變(如蹲下、爬行)，皆可以偵測出此人體，並進行有效的追 蹤。[[sponsorship]]行政院國家科學委員

以Matlab為平台進行可見光域即時目標選定與辨視

[[abstract]]本研究旨在探討利用MATLAB及視訊裝置進行即時目標物的選取與辨識。機器視覺的研究與應用，近年來越來越受到重視，所使用的發展平台也各有不同。MATLAB是一個高階程式語言，素來以矩陣運算聞名，而數位影像在電腦中即是以陣列來儲存與表示，因此MATLAB在影像處理上是相當理想的選擇。本研究探討在可見光域下，如何進行即時目標物選取與辨識。在現今的技術中，由於可見光域的色彩變化豐富，所以在做目標物的影像辨識時，都是透過預先設定好的特徵值來達成目標。目前做法在某些情形下，應用性較差。本研究則結合現有的影像處理技術，然後自己發展一套演算法，並在MATLAB上實現這套演算法，使之能做到可見光域下即時目標選定與辨認，並能隨時改變欲辨視或追縱的目標物。本文亦提供各種不同環境下的模擬結果，以驗證本研究所發展之成果。[[sponsorship]]鈦思科技[[conferencetype]]國內[[conferencedate]]20121025[[booktype]]電子版[[iscallforpapers]]Y[[conferencelocation]]新竹縣, 臺

[[alternative]]Inverse Scattering of Dielectric Object in Time Domain and Frequency Domain

計畫編號：NSC94-2213-E-032-031-研究期間：200508~200607研究經費：659,000[[abstract]]本計劃擬模擬研究二維介電質物體的電磁成像問題。我們將針對在時 域與頻域中，均勻與非均勻介電質物體在自由空間之逆散射處理方法進行 探討。 第一年擬模擬研究二維均勻介電質柱體的電磁影像重建問題。我們考 慮模擬物體為一個未知的均勻介質物體存在空間中，並且利用TM 極化波 (或TE 極化波)入射，利用電磁波在不同介質傳播時，電磁場的切線份量連 續條件與表面電流、磁流等效，可以導出一組非線性面積分方程式，利用 差分化可以化為矩陣形式，再經由簡單的矩陣運算，我們就可以克服積分 運算上的困擾。接著利用以動差法計算其散射場，再利用基因法則（Genetic Algorithm），來做最佳化之運算，藉此重建出物體的形狀及介電常數。 第二年擬於時域中研究二維均勻介質物體的電磁成像，吾人選定應用 有限時域差分法(FDTD) 來模擬空間中電磁場隨著時間的變化，並將其應用 於電磁逆散射問題上。吾人於空間中適當安排一組具有不同入射方向的脈 波照射物體並量測均勻介電物體周圍之時域散射場，經由適當的處理以反 求均勻介質物體的內部特性。利用基因法則將介質柱體時域逆散射問題轉 化成一最佳化問題，重建在自由空間中此均勻介質柱體的形狀和介電常 數。最後將電磁成像所得結果與原先假設者比較，藉以驗證並改進電磁成 像理論。 第三年同時在頻域及時域上研究二維非均勻介電質柱體的電磁影像重 建問題。我們考慮模擬物體為一個未知的非均勻介質物體存在空間中，並且利用電磁波入射(可為頻率上之諧波，或時域上之脈衝)，利用電磁波在 不同介質傳播時，電磁場的切線份量連續條件，因此可以導出微分或積分 方程式，再利用差分化可以化為矩陣形式，再經由簡單的矩陣運算，我們 就可以克服積分運算上的困擾，進而重建物體介電常數分佈。在理論部份， 主要是根據邊界條件導出兩組線性的積分方程組，接著利用以動差法計算 其散射場，再利用基因法則（Genetic Algorithm），來做最佳化之運算，藉 此重建出物體重建物體介電數分佈。在此問題中，因為在利用基因法則重 建此非均勻介電質物體的介電常數分佈時，所需最佳化的變數遠比前兩年 的問題大為增加，故在第三年亦要針對基因法則的演算法在多變數的情況 下如何增加收斂速度上，要加以研究。[[sponsorship]]行政院國家科學委員會[[notice]]補正完

[[alternative]]Filter Design of Phase-Locked Loops

計畫編號：NSC90-2213-E032-008研究期間：200108~200207研究經費：307,000[[sponsorship]]行政院國家科學委員

[[alternative]]The Design and Implementation of a GHz Half-Digital PLL with Low-Power Dissipation and High-Driving Ability

計畫編號：NSC90-2215-E032-002研究期間：200108~200207研究經費：736,000[[sponsorship]]行政院國家科學委員

[[alternative]]The Design and Implementation of a Wideband and Multiple Communication Standard Analog-to-Digital Converter for Mobile Communication Applications

計畫編號：NSC91-2215-E032-002研究期間：200208~200307研究經費：987,000[[sponsorship]]行政院國家科學委員

影像細縫裁減法

[[abstract]]隨著科技的發展顯示器的使用越來越普遍，配合不同大小螢幕的影像縮放技術越來越受重視，傳統的剪裁和非等比例縮放容易造成影像的變形或失真。Avidan and Shamir 提出了一個影像細縫裁減，其依據影像內容來對影像重新調整大小的方法，被認為是一個有效的解決方法，使用簡單的濾波器來找出影像中高能量的區域並保留下來，但是很多時候這種演算法並不能產生令人滿意地結果，它無法應付各種類型的影像，例如有複雜背景或是高反差顏色的影像。本篇論文希望能夠對細縫裁減演算法作改進，透過改變能量圖的計算方式，來降低複雜背景的高頻雜訊，使得在各種複雜背景的影像都能夠達到使用者期望的結果。[[sponsorship]]中華民國人工智慧學會[[conferencetype]]國際[[conferencedate]]20121116~20121118[[iscallforpapers]]Y[[conferencelocation]]臺南, 臺

[[alternative]]Low Power High Performance A/D and D/A Converter for IEEE 802.11a(I)

計畫編號：NSC93-2215-E032-001研究期間：200408~200507研究經費：664,000[[abstract]]有別於傳統的電腦網路，無線區域網路(Wireless Local Area Network, WLAN)具有輕巧、方便、及無遠弗屆的優點，使其一推出就擄獲眾多使用者的心，根據一些研究機構的統計與預測，WLAN產業未來的年產值將會超過數千億美元，其核心技術實在值得加以研究及開發。而WLAN目前正屬起步階段，主要的標準有IEEE 802.11a、802.11b、和802.11g三種，其中802.11a與802.11g的核心架構為正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)。OFDM系統是利用正交頻率的分頻效果，以得到高通道利用率與低通道間干擾(Inter-Channel Interference, ICI)的效應。為達到良好的正交效應，OFDM系統的傳輸端必須使用反快速傅立葉轉換器(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)與數位類比轉換器(Digital-to-Analog Converter, DAC)，而在接收端則使用類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converter, ADC)與快速傅立葉轉換器(Fast Fourier Transform, IFFT)來加以實現。這些特殊規格的ADC與DAC是OFDM系統中的關鍵零組件，若能加以研究，這對國內WLAN相關產業會有很大的助益。 相對於802.11g，802.11a的技術更為關鍵，有鑑於此，本計畫將專注於802.11a無線區域網路晶片組中介面轉換器(ADC/DAC)的設計，由完整的系統模擬中，選擇適合系統使用的ADC與DAC。在設計ADC與DAC時，由於未來的WLAN將使用在許多具行動概念的器材上，因此在設計電路時，必須審慎考量低功率消耗(Low Power)、高速度(High Speed)、與高效率(High Performance)等三項特點，以求達到長時間使用及降低成本的目的。在研究與設計802.11a所使用的DAC與ADC的過程中，我們將著重於從系統的層級來考慮及設計電路，也就是Top-Down Design的電路設計方式，使執行本計畫的研究生能建立對整體系統的設計概念，在有限的資源與成本下，精確的設計符合系統需求的電路，並期望藉著本研究計畫的執行，能對國內混合式系統IC的設計能力有所助益。[[sponsorship]]行政院國家科學委員