چکیده : تبدیل فوریه سریع یکی از اساسی ترین اجزای سیستم های مخابراتی است که در سنوات گذشته اقدامات موثری در جهت بهینه سازی آن صورت گرفته است. در این سال ها الگوریتم های گوناگونی برای کاربردهای مختلف همانند تبدیل فوریه سریع خط لوله، به منظور پیاده سازی تبدیل فوریه سریع ارائه شده است. در این رساله که بر اساس بهبود سخت افزاری تبدیل فوریه سریع خط لوله پایه ریزی شده است، یکی از الگوریتم های بهینه ی تبدیل فوریه سریع خط لوله مورد بررسی قرار گرفته است. این الگوریتم اولا به منظور کاهش حجم سخت افزاری، ثانیا جهت افزایش گذردهی تبدیل فوریه سریع گزینش شده است. از ویژگی های منحصر به فرد این الگوریتم می توان به کاهش محسوس تعداد ضرب کننده و جمع کننده در مقایسه با دیگر ساختارها اشاره کرد. با توجه به پیچیدگی نسبتا پایین الگوریتم بازخور تاخیر تکی radix-22، این الگوریتم از میان انواع ساختارهای موجود انتخاب شده و در این رساله به تفصیل به آن پرداخته شده است. در ادامه روش هایی برای افزایش دقت ساختار و الگوریتمی برای حذف عملیات بیت برگردان به نام dif_fft/dit_ifft به همراه الگوریتم fft خط لوله گسسته در زمان ارائه شده است. این الگوریتم قابل استفاده در برخی سیستم های مخابراتی از جمله سیستم های مبنی بر همبستگی سیگنال ها است. در بخش دیگری از این رساله الگوریتم هایی پیشرفته برای پیاده سازی تبدیل فوریه سریع خط لوله نظیر radix-23 و radix-43 پیشنهاد شده است. یکی از اجزای تشکیل دهنده تبدیل فوریه سریع، ضرب کننده های مختلط هستند. این ضرب کننده ها تاثیر شگرفی در سرعت fft و میزان خطای آن دارند. به همین علت در بخش انتهایی این رساله ساختارهای کاملا پیشرفته و بهینه برای ضرب کننده ها ارائه شده است که در بهینه سازی سخت افزاری الگوریتم های تبدیل فوریه سریع می توانند موثر باشند.

توکامک مهمترین دستگاه برای رسیدن به شرایط همجوشی هسته ای است که در آن پلاسمای خالص بسیار گرم (حدود 100 میلیون درجه کلوین) و با ماندگاری زیاد برای رسیدن به واکنش گداخت لازم است. توکامک دستگاه چنبره ای محصورسازی پلاسما است که در آن از میدان های مغناطیسی برای محصورسازی و کنترل پلاسمای گرم استفاده می گردد. توکامک دماوند مجموعه پژوهشی در زمینه گداخت هسته ای است که در آن پلاسمایی با جریان بیشینه ka40 در مدت زمان ms21 تولید می شود. پلاسمای توکامک برای جابجایی عمودی ذاتا ناپایدار است که این ناپایداری، باعث برخورد آن با دیواره چنبره توکامک و از هم گسیختگی و اتلاف انرژی آن می شود. و باید سیستم کنترل با تولید میدانهای مغناطیسی متغیر، نیروهای مغناطیسی لازم جهت کنترل پلاسما را فراهم بیاورد. این شرایط، نیاز سیستم را برای داشتن یک سیستم کنترلی مطمئن و دقیق ضروری می نماید. در این پروژه، ضمن بررسی عملکرد سیستم کنترل مکان عمودی پلاسما در توکامک دماوند و همچنین بررسی نقاط ضعف و قوت آن، به ارائه پیشنهاداتی در جهت رفع نقصهای آن پرداخته و این پیشنهادات را در قالب بررسی های تئوری و عملی بررسی می کنیم. در بخش سخت افزاری، سیستم کنترل مکان عمودی پلاسما با درایورهای جدید و سیستم کنترل دیجیتالی در یک مدل سیمولاتوری پیاده سازی شده و نتایج تست های آن ارائه گردیده است. در بخش تئوری، به ارائه نحوه عملکرد الگوریتم ilc برروی سیستم برای بهینه سازی کنترلگر آن و پیشنهاد یک رویکرد جدید در کاربرد این الگوریتم می پردازیم. این رویکرد در بهینه سازی کنترلگر مدل سیمولاتوری شناسایی شده توکامک بکار برده شد. که نتایج آن در اینجا مورد بررسی قرار می گیرد.

دستگاه ضبط کننده صدای کابین بخش اصلی جعبه سیاه هواپیما می باشد. وظیفه این دستگاه ضبط همزمان 4 کانال صدا به صورت همزمان می باشد. حجم زیاد اطلاعات، امنیت بالای مورد نیاز ویژگی های سیستم می باشد. برای ساخت این سیستم از روشهای فشرده سازی mpeg، کد های اصلاح خطای reed-solomon استفاده کرده ایم.

در سال های اخیر، مبدل های ماتریسی به دلیل مزایای فراوان مورد توجه ویژه قرار گرفته اند و به دلیل عدم وجود عنصر های ذخیره کننده انرژی مثل خازن باس dc در مبدل های ماتریسی، امکان ساخت آنها به صورت یک مدار فشرده و کوچک وجود دارد. کموتاسیون پیچیده و مدارات حفاظت پیچیده در برابر اضافه ولتاژ از مشکلات پیاده سازی این روش هستند. مبدل ماتریسی غیرمستقیم به عنوان یک راه حل مناسب برای این منظور در سال های اخیر مطرح شده است که علاوه بر داشتن مزیت های موجود در مبدل ماتریسی مستقیم، مشکلات اساسی آن را نیز حل نموده است. با توجه به مزایای فراوان استفاده از مبدل های ماتریسی غیر مستقیم نسبت به سایر روش های موجود در مبدل-های ac/ac، در این پروژه بر آن خواهیم بود تا روشی برای پیاده سازی عملی حلقه کنترل سنکرون مبدل ماتریسی غیر مستقیم با استفاده از تراشه tms320f2812 پیشنهاد کرده و به پیاده سازی آن بپردازیم. در ابتدا روشی برای پیاده سازی مبدل طرف خط پیشنهاد خواهد شد، سپس به سنکرون سازی این مبدل با ولتاژ شبکه ورودی خواهیم پرداخت، در ادامه با پیشنهاد روشی برای پیاده سازی مبدل طرف بار و همچنین ایجاد dead bound بین پالس ها خواهیم پراخت. در نهایت با ارائه نتایج شبیه سازی و نتایج آزمایشگاهی صحت روش های پیشنهادی را مورد بررسی قرار خواهیم داد. در این پروژه فرکانس کلاک پردازنده 150 مگاهرتز، فرکانس کلیدزنی تمامی سوییچ ها برابر 10 کیلو هرتز، ولتاژ ورودی مبدل سه فاز 380 ولت 50 هرتز و ولتاژ خروجی 0 تا 330 ولت با فرکانس حداقل 78/27 هرتز می باشد. آزمایشات در ولتاژ ورودی حدودا 15 تا 25 ولت و فرکانس خروجی 40 هرتز انجام شده است. نتایج شبیه سازی و نتایج عملی ارائه و مقایسه شده است، بدین ترتیب صحت عملکرد الگوریتم های مطرح شده جهت پیاده سازی پالس های مبدل طرف خط و بار بررسی شده است.

سیستم ناوبری اینرسی موقعیت، سرعت و وضعیت جسم متحرک را با استفاده از اندازه شتاب ها و نرخ های دوران تعیین می کند. مهم ترین ضعف این سیستم ها خطای آن است. چون در فرآیند ناوبری از انتگرالگیری استفاده می شود، این خطا ها انباشته می شود و به مرور خطای موقعیت، مقدار قابل ملاحظه ای پیدا می کند. یکی از راه های کاهش این خطا تلفیق این سیستم با سایر سیستم های ناوبری است. سیستم موقعیت یاب جهانی یکی از سیستم های ناوبری است که با داشتن خواص مکمل با سیستم ناوبری اینرسی گزینه مناسب برای تلفیق است. در این پایان نامه روشی مبتنی بر شبکه های عصبی برای تلفیق این دو سیستم ارائه شد. در این روش سعی شد که با استفاده از شبکه های عصبی پیشرو چند لایه و روش پس انتشار خطا و گرادیان نزولی برای آموزش آن، خطای سیستم کاسته شود. در این روش پیشنهادی خطای حسگرها توسط شبکه عصبی تخمین زده شده و کنترل و محدود می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که خطای سیستم در برابر خطای انباشته شده بسیار ناچیز است (کمتر از 1%). اما در برابر روش هایی از قبیل فیلتر کالمن و یا anfis، مقدار خطا قدری بیشتر است. بررسی دقیقتر خطای خروجی نشان می دهد که حلقه پسخور تاثیر بیشتری در کاهش خطای خروجی در مقایسه با شکبه عصبی دارد

مقطع نگاری امپدانس الکتریکی (eit) یک روش تصویر برداری غیر مخرب و غیر هجومی است که تصویری از توزیع مکانی امپدانس در سطح مقطع شئ ارائه می دهد. در این روش تصویربرداری، توسط یک سری الکترود که در پیرامون سطح بیرونی شئ قرار می گیرند، جریان الکتریکی(یا ولتاژ) بعنوان تحریک به شئ اعمال شده و ولتاژ الکتریکی(یا جریان) ناشی از آن بعنوان پاسخ اندازه گیری می شود. ولتاژهای اندازه گیری شده یک کمیت مختلط بوده و دارای دو بخش حقیقی و موهومی می باشند. در نمونه اولیه سیستم eit ساخته شده در دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، فقط از دامنه ولتاژ اندازه گیری استفاده شده و از فاز آن استفاده نشده است. برای افزایش دقت در بازسازی تصویر نهایی در سیستم های eit، استخراج هر دو مولفه حقیقی و قائم ولتاژهای اندازه گیری شده و استفاده از اطلاعات فاز آنها ضروری می باشد. . نمونه اولیه دمودلاتور ساخته شده در دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی دارای دو کانال ورودی و سرعت نمونه برداری پایین بود. در این پایان نامه برای استخراج این دو مولفه، یک دمدولاتور حساس به فاز دیجیتال به کمک یک بردdsp طراحی و پیاده سازی شده است. انجام محاسبات بصورت اعشاری و 32 بیتی، در کنار سرعت بالای mhz225 تراشه dsp، سبب می شود که دمدولاتور دیجیتالی فوق، دارای سرعت و دقت کافی برای رسیدن به یک snr مطلوب در سیستم های eit باشد دراین پایان نامه، ابتدا روش های مقطع نگاری الکتریکی و بازسازی تصویر مورد بررسی قرار گرفت.در حل مسئله پیشرو از روش اجزای محدود دو بعدی و در حل مسئله معکوس و بازسازی تصویر از روش های نیوتن-رافسون و noser استفاده شد.در ادامه چند مثال با شرایط متفاوت مورد ارزیابی قرار گرفت. در قسمت سخت افزار سیستم، اصول دمودلاسیون حساس به فاز پیوسته با زمان و دیجیتال توضیح و سپس پیاده سازی سخت افزاری و نرم افزاری آن بر روی بردtms320c6713dsp بیان می شود. همچنین یک کارت جانبی 16 کاناله جهت اندازه گیری همزمان 16 الکترود استفاده شده در مقطع نگاری الکتریکی، با حداکثر سرعت نمونه-برداری msps10 و رزولوشن 12 بیت طراحی و ساخته شد. تست کارائی دمدولاتور دیجیتال پیاده سازی شده ابتدا با استفاده از داده های شبیه سازی شده و سپس با استفاده از داده های واقعی، بدست آمده از یک مدار rc صورت گرفت. و نتایج مطلوب و قابل توجهی بدست آمد.نتایج داده های شبیه سازی، در انتهای پایان نامه ارائه شده است.

سیستم تعقیب پستی و بلندی های زمین و اجتناب از برخورد با موانع از جمله اجزای سیستم های ناوبری پیشرفته در هواپیماها، بالگردها و اشیاء پرنده بدون سرنشین می باشد. در سال های اخیر، از بین روش های مختلف، استفاده از سیستم های ناوبری مبتنی بر بینایی به دلیل ویژگی های خاص آن بیشتر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در این راستا، الهام گرفتن از موجودات زنده و الگو برداری از سیستم های ناوبری آنها می تواند راه کارهای مناسبی ارائه دهد. در این پایان نامه، با الگوبرداری از چشم مرکب حشرات پرنده، یک سیستم الکترواپتیکی که همچون دوربینی با زاویه دید همه جهته عمل می کند، طراحی و ساخته شده است. سیستم ساخته شده، شامل حسگرهای حساس به نور می باشد که در یک سطح نیم کروی با ساختاری کاملاً ماژولار گسترده شده اند و ترکیب آنها، چشم مرکب را تشکیل می دهد. اطلاعات نوری دریافتی از حسگرها در اختیار پردازشگری قرار گرفته و پس از پردازش های اولیه به پردازنده اصلی ارسال می شود. الگوریتم های پیاده سازی شده در سیستم، اجسام و موانع را با استخراج حرکت در تصویر با استفاده از شار نوری تشخیص می دهند. با استفاده از برنامه های نوشته شده، اطلاعات دریافتی تحلیل شده و فرامین کنترلی لازم صادر می شوند. همچنین اطلاعات دریافتی از حسگرها به تصویر تبدیل شده و در کامپیوتر نمایش داده می شوند. طرح ارائه شده، دارای مزایایی نسبت به طرح های مشابه دیگر است که آنرا برای استفاده در سیستم های رباتیک و اشیاء پرنده بدون سرنشین مطلوب می سازد از جمله این مزایا می توان به وزن پایین، کمتر از 500 گرم، حجم کم، کمتر از 15 سانتیمتر مکعب، و توان مصرفی پایین، کمتر از 300 میلی وات، و سرعت عکس العمل بالای آن، نرخ تصویربرداری تا 45 فریم در ثانیه، اشاره نمود که نسبت به کارهای مشابه بهبود قابل ملاحظه ای دارد.

یک سیستم ناوبری اینرسی موقعیت و وضعیت یک جسم متحرک را با استفاده از داده های سنسورهای شتاب و نرخ دوران اندازه گیری می کند. این سیستم می تواند با پیاده کردن انتگرال بر روی داده های به دست آمده از سنسورها به مقدار سرعت و مکان دست یابد. در این پایان نامه هدف ارایه ی الگوریتم انتگرال گیری عددی است که بتواند در مقایسه با روش های انتگرال گیری عددی رایج سبب بهبود دقت سیستم شود. سیستم ناوبری اینرسی در این پایان نامه از نوع سیستم های ناوبری متصل در نظر گرفته شده است. در این راستا پس از آشنایی با سیستم های ناوبری اینرسی، مروری بر روش های کاهش خطا در سیستم های ناوبری اینرسی خواهیم داشت و در ادامه، روش های انتگرال گیری عددی موجود معرفی و شبیه سازی می شوند. که در این قسمت در انتخاب روش های معرفی شده محدودیت های موجود در سیستم های ناوبری اینرسی مانند زمان-واقعی بودن در نظر گرفته شده است. سپس در ادامه روشی نوین که مبتنی بر اعمال انتگرال بر روی داده های زوج و فرد روش انتگرال گیری عددی هیون است، بررسی شده است. نتایج این روش سبب بهبود خطای روش هیون شده است و با توجه به درجه پایین این روش بسیار مناسب برای الگوریتم های زمان واقعی است. در ادامه ی همین روند روش انتگرال گیری عددی بر مبنای شبکه ی عصبی برای پیاده سازی در سیستم ناوبری اینرسی پیشنهاد و پیاده سازی شده است و نمودارهای خطا نشان از بهبود خطای انتگرال گیری دارند، و نشان دهنده ی کاهش خطای rms هستند، رسم شده اند. پس از بحث نرم افزاری و پیاده سازی الگوریتم ها به معرفی سخت افزار طراحی شده و نرم افزار رابط اقدام شده است. در سخت افزار از سنسورهای mems از نوع دیجیتال استفاده شده و نرم افزار رابط در محیط labview نوشته شده است. در ادامه با استفاده از سخت افزار طراحی شده الگوریتم های پیشنهادی آزمایش شده اند. در پایان به ارایه نتایج و پیشنهادات پرداخته شده است و الگوریتم های پیشنهادی با کارهای سابق مورد مقایسه قرار گرفته اند.

دقت سنسورهای شتاب سنج و ژیروسکوپ mems که امروزه به فراوانی در imu های ارزان قیمت یافت می شود به شدت وابسته به تغییرات دمایی است. هدف از این پروژه جبران سازی این تغییرات با استفاده از تلفیق روش های فعال و غیرفعال می باشد. در روش های غیرفعال سعی بر این است که مقدار خطای اعمال شده توسط تغییر مشخصی از دما، تخمین زده شده و سپس جبران شود. شبکه های عصبی bp بعنوان یک ابزار برازش در این پروژه به این منظور استفاده می شود. در روش های فعال هدف تثبیت شرایط کاری سنسورها از نظر دمایی و محیطی است، که در این پایان نامه دمای ? 55+ بعنوان دمای کار مجموعه سنسورها انتخاب شده و با استفاده از یک المان گرم کننده و کنترلر ساده از نوع تناسبی دما تثبیت می شود. نتایج پیاده سازی عملی نشان می دهد که در صورت استفاده از شبکه عصبی bp، مقدار خطای جابجایی برای محورهای x، y و z بترتیب از 172 متر به 68 متر، از 193 متر به 63 متر و از 2783 متر به مقدار 366 متر کاهش می یابد. در صورت استفاده از روش تلفیق این خطا از 189 متر به 58 متر، از 211 متر به 38 متر و از 2672 متر به مقدار 211 متر کاهش خواهد یافت.

هدف این پروژه پیاده سازی مکان یاب صوتی استریو است. اساس کار این سیستم تخمین اختلاف زمانی دریافت امواج صوتی ساطع شده از هدف توسط دو گیرنده است که این امر با محاسبه ی همبستگی بین دو سیگنال دریافتی از میکروفون ها امکان پذیر است. روش های گوناگونی در زمینه ی تخمین اختلاف زمانی ارائه شده که می توان آن ها را در قالب روش های پارامتریک و غیرپارامتریک در حوزه ی زمان و فرکانس دسته بندی کرد. روش های پارامتریک دارای پیچیدگی محاسبات بالایی هستند که همین امر سبب افزایش زمان پردازش می شود. لذا در این پروژه به دنبال ارائه ی الگوریتمی با پیچیدگی محاسبات کمتر هستیم. بدین منظور دو روش متفاوت پیشنهاد شد: رویکرد مبتنی بر محاسبه ی همبستگی در حوزه ی فرکانس و رویکرد مبتنی بر استفاده از شبکه ی عصبی mlp. الگوریتم ارائه شده در هر دو رویکرد از دو بخش اصلی تشکیل شده است. در بخش اول، پارامترهای مورد نیاز، از داده های دریافتی از دو میکروفون استخراج شده و در گام بعد از این پارامترها به منظور تخمین tdoa استفاده می شود. در بخش استخراج پارمترها، از فیلترهای مختلف جهت کاهش تأثیر نویز و همچنین از واحد vad جهت پرهیز از پردازش های غیرضروری روی فریم های سکوت استفاده شده است. نتایج حاصل از پیاده سازی نشان خواهد داد که متوسط زمان لازم برای پردازش هر فریم و میانگین مربعات خطا به عنوان معیارهای ارزیابی عملکرد الگوریتم های پیشنهادی، نسبت به الگوریتم root-music که نوعی الگوریتم پارامتریک است، کاهش می یابد.

شبکه های رادیوی شناختی یا رادیوی هوشمند به منظور مدیریت موثر طیف رادیویی از طریق استفاده از حفره های طیفی در باندهای فرکانسی مجاز کاربران اولیه طراحی شده اند. این استفاده ی طیفی می تواند به طور قابل توجهی با ایجاد امکان دسترسی به این حفره های طیفی برای کاربران ثانویه بهبود یابد. از آنجایی که حس کردن طیف به منظور شناسایی حفره های طیفی نیاز به مصرف انرژی قابل توجهی دارد، با استفاده از روش های پیش بینی حفره های طیفی قابل دسترس، کاربران ثانویه تنها کانال هایی که آزاد پیش بینی شده اند را انتخاب می کنند. یک روش پیش بینی وضعیت کانال با استفاده از شبکه ی عصبی تاخیر زمانی و شبکه ی عصبی بازگشتی ارائه شده است که وضعیت کانال های مختلف را در شیارهای زمانی بعدی از طریق یادگیری نظارتی پیش بینی می کند. عملکرد پیش بینی وضعیت کانال، در شرایطی که اشغال وضعیت کانال کاربران اولیه، توزیع فرایند پواسن می باشد، بررسی شده است. همچنین، یک الگوریتمی برای تخصیص پویای طیف در شبکه های رادیوی هوشمند ارائه شده است.

امروزه نمایش سه بعدی توجه بیشتری را نسبت به گذشته به خود معطوف کرده است. یکی از موضوعات مهم در این زمینه، استخراج نقشه ی عمق است. در سیستم های بینایی استریو، دید مختلف ناشی از دو چشم منجر به جابه جایی نسبی اندکی از اشیای مشابهی برای هر چشم می شود. سیستم بینایی انسان این جابه جایی نسبی بین چشم چپ و راست را برای تخمین اطلاعات عمق تصویر و درک سه بعدی آن به کار می برد. مدل میدان تصادفی مارکف، بستر مناسبی برای مسائلی مانند تطبیق استریو و بازسازی تصویر فراهم می کند. الگوریتم های استنتاج بر پایه ی روش های عمومی مانند برش گراف و انتشار باور، با وجود ایجاد نقشه ی عمق مناسب، برای کاربردهای عملی زمان زیادی می گیرند. با کمک ترکیب چند روش می توان به طور قابل توجهی زمان اجرای الگوریتم انتشار باور را بهبود داد. در این پژوهش یک روش جدید برای تطبیق استریو بر اساس الگوریتم های عمومی بیان شده است. در این روش از الگوریتم انتشار باور سلسله مراتبی و الگوریتم تقاطعی و تعیین ناحیه پشتیبانی با این فرض که پیکسل های همسایه و دارای رنگ مشابه، مقدار اختلاف مشابهی دارند، استفاده شده است. محاسبه بی درنگ یک نقشه ی مقادیر اختلاف چالش هایی را دارد. در پیاده سازی بی درنگ الگوریتم تطبیق استریو عواملی مانند پیچیدگی محاسباتی و حافظه ی مورد نیاز اهمیت دارند. در روش ارائه شده برای انجام تطبیق اولیه از انتشار باور سلسله مراتبی و بررسی سازگاری نقشه های چپ و راست استفاده شده است. در ادامه برای بهبود دقت نقشه ی مقادیر اختلاف از روش ناحیه پشتیبانی استفاده شده است. استفاده از الگوریتم انتشار باور موجب کاهش حجم حافظه ی مورد استفاده شده و زمان اجرا را نیز بهبود می دهد. در این پایان نامه با استفاده از یک روش کارآمد، تعداد تکرارها و در نتیجه هزینه ی محاسباتی کاهش یافته است. استفاده از الگوریتم انتشار باور سلسله مراتبی به همراه روش تقاطعی، موجب همگرایی سریع تر و بهبود نتایج در نزدیکی مرزهای تصویر می شود. ارزیابی و مقایسه ی عملکرد الگوریتم ارائه شده با سیستم ارزیابی میدلبری و نتایج به دست آمده نشان می دهد که این روش افزایش 1/375 برابری میانگین سرعت و کاهش میانگین خطا از 8/84 به 7/27 درصد را بر روی تصاویر مرجع نشان داده است. به علاوه مقدار انرژی با به کارگیری الگوریتم انتشار باور سلسله مراتبی در مقایسه با حالت استاندارد آن کاهش می یابد و الگوریتم تطبیق استریو با سرعت بیشتری همگرا می شود.

هدف از انجام پایان نامه حاضر، اعمال مدل انرژی و فیلتر کالمن به بحث تخمین حرکت در تصاویر متحرک و ارائه نتایج حاصله از آن می باشد. فیلتر کالمن عبارتست از مجموعه روابط بازگشتی که پس از ارائه پیش بینی در مورد روندی خاص، با توجه به نتایج عملی به دست آمده از آن روند، اقدام به تصحیح پارامترهای پیش بینی خود می کند تا در مراحل بعد بتواند پیش بینی های مفیدتری ارائه نماید. این فیلتر از پارامترهای قابل اندازه گیری سیستم برای پیش بینی استفاده می نماید. در کاربردهایی مانند ردیابی، این فیلتر از پارامترهایی مانند سرعت و شتاب هدف بهره می گیرد. اعمال این روش در چهارچوب تخمین حرکت، نیازمند استفاده از شباهت های محلی بلوک های روش تطبیق بلوکی جهت ارائه پیش بینی برای بلوک های تحت بررسی می باشد. مدل انرژی که عملا بیانگر توصیفی از ویژگی های استاتیک و دینامیک تصاویر است، به همین منظور و برای بهبود دقت پیش بینی فیلتر کالمن به خدمت گرفته شده است. در این پایان نامه توصیف مذکور در قالب یک هیستوگرام گسسته از انرژی های جهت دار برای بلوک های روش الگوریتم تطبیق بلوکی در جهت های بالا، پایین، راست و چپ استخراج می گردد. در نهایت یک بین دیگر که نشان دهنده عدم وجود ساختار در تصویر می باشد به آن هیستوگرام اضافه می گردد. پس از استخراج مدل انرژی هر بلوک، شباهت های دینامیکی بلوک های همسایه با بلوک تحت بررسی استخراج و بردار حرکت پیش بین لازم برای فیلتر کالمن با توجه به آنها تولید می گردد. در نهایت با استفاده از درون یابی دوسویه، پیکسل های تعیین شده توسط بردار حرکت تصحیح شده به وسیله فیلتر کالمن، درون یابی شده و تصویر نهایی جبران سازی می گردد. نتایج حاصل از شبیه سازی های انجام شده توسط نرم افزار متلب نیز بیانگر بهبود کیفی نتایج حاصله می باشد. بر اساس این نتایج، روش ارائه شده در این پایان نامه نسبت به روش جستجوی سه مرحله ای، بهبودی 0/67 دسی بلی در psnr ایجاد می نماید. این در حالی است که از نظر محاسباتی در مقابل آن دارای کاهش است. در مقایسه با روش جستجوی کامل، روش ارائه شده در این پایان نامه با انجام محاسباتی 12 برابر کمتر، فقط به اندازه 0/49 دسی بل افت psnr دارد. در مقایسه با سایر روش های تخمین حرکت پیش بین مانند فیلتر کالمن ارائه شده در مقالات نیز این روش بهبود در کیفیت را نتیجه می دهد. لازم به ذکر است الگوریتم پیشنهادی این پایان نامه در مواقعی که ویدیو دارای حرکت های چندگانه در نواحی کوچک می باشد، بهبود بسیاری در کیفیت تصویر بازسازی شده ارائه می کند.

ساخت و نمایش فیلم های سه بعدی در سال های اخیر اهمیت و رواج بسیاری یافته است. ارسال تصاویر سه بعدی با کیفیت قابل قبول به پهنای باند وسیعی نیاز دارد. یکی از روش های رایج باز سازی تصویر سه بعدی، ارسال اطلاعات عمق به همراه یک تصویر است. در سیستم های بینایی استریو، دید مختلف ناشی از دو چشم منجر به جابه جایی نسبی اشیای مشابه برای هر چشم می شود. سیستم بینایی انسان این جابه-جایی نسبی بین چشم چپ و راست را برای تخمین اطلاعات عمق تصویر و درک سه بعدی آن به کار می گیرد. از این جهت الگوریتم تطبیق استریو برای ایجاد نقشه مقادیر جابجایی مورد استفاده قرار می گیرد. محاسبه بی درنگ نقشه مقادیر جابجایی چالش هایی را دارد. در پیاده سازی بی درنگ الگوریتم تطبیق استریو عواملی مانند پیچیدگی محاسباتی و حافظه مورد نیاز اهمیت دارند. ا لگوریتم های استنتاج بر پایه روش های عمومی مانند برش گراف و انتشار باور، با وجود ایجاد نقشه مقادیر جابجایی با دقت بالا، زمان زیادی می گیرند. در مقابل روش های محلی نقشه مقادیر جابجایی با دقت کمتر ولی قابل قبول را در زمان بسیار اندک ایجاد می کنند که آنها را برای استفاده در کاربردهای بی درنگ مناسب می سازد. در این پژوهش یک روش جدید برای تطبیق استریو ارائه شده است. در روش ارائه شده ناحیه پشتیبانی بر اساس این فرض که پیکسل های در همسایگی محدود و دارای رنگ مشابه، عضو یک ساختار تصویر می باشند و در نتیجه مقدار جابجایی مشابهی دارند، تشکیل می شود. در ادامه با تعریف تعداد پیکسل های تطبیق شده به عنوان هزینه تطبیق، مقدار جابجایی اولیه تخمین زده می شود. در صورت قابل اطمینان نبودن مقدار جابجایی، از روش مجموع قدر مطلق تفاضلات در ناحیه پشتیبانی برای بدست آوردن مقدار جابجایی کمک گرفته می شود. سپس با استفاده از روش بهبود ناحیه تقاطعی نقشه مقادیر جابجایی اولیه بهبود داده می شود و در پایان با اعمال فیلتر میانه 2 بعدی مقادیر جابجایی نابجا حذف می شوند و نقشه مقادیر جابجایی هموار می گردد. استفاده از تعداد پیکسل های تطبیق شده به عنوان هزینه تطبیق سبب کاهش زمان اجرای مرحله محاسبه هزینه تطبیق می شود. الگوریتم پیشنهادی در مقایسه با الگوریتم تطبیق استریو با تقسیم بندی پیکسل ها و انتشار مقدار جابجایی قابل اطمینان، نقشه مقادیر جابجایی با دقت بالاتری را ایجاد می کند. ارزیابی و مقایسه عملکرد الگوریتم ارائه شده با سیستم ارزیابی میدلبری و نتایج به دست آمده کاهش میانگین خطا از 56/9 به 99/7 درصد را بر روی تصاویر مرجع نشان می دهد. الگوریتم ارائه شده در مقایسه با سایر الگوریتم های محلی نیز دارای نتایج قابل قبولی می باشد.

در سیستم سه بعدی خودکار، تطابق استریو برای هدف¬هایی چون بازسازی سه بعدی صحنه مورد استفاده قرار می¬گیرد. به منظور جستجوی نقاط متناظر در طول خطوط افقی تصاویر، یک جفت تصویر استریو بایستی یکسو¬سازی شوند. یکسوسازی استریو فرآیندی است که یک جفت تصویر استریو را به گونه¬ای انتقال می¬دهد تا خطوط اپیپلار (خطوط جستجو برای پیکسل¬های متناظر در دو تصویر) آن به صورت افقی هم¬راستا شوند. این گام مرحله¬ای مهم در تخمین عمق می¬باشد و تطبیق استریو را ساده¬تر می¬سازد. دقت این مرحله تأثیر زیادی بر روی دقت تخمین عمق دارد. ما در این پایان نامه یک الگوریتم تخمین عمق خطی را برای تصاویر استریو ارائه می¬دهیم. این الگوریتم می¬تواند تصاویر را با سرعت و دقت بالایی یکسو کند. به علاوه، این روش قادر به یافتن معادله خطوط اپیپلار است به طوری که ما می¬توانیم در طول این خطوط پیکسل متناظر را جستجو کنیم بدون اینکه به مرحله یکسوسازی نیاز داشته¬باشیم. در این روش ما با استفاده از مدل هندسی صفحات تصویر، رابطه¬ی خطوط جستجو در تصاویر یکسو نشده را می یابیم. این الگوریتم فشرده بوده و به سادگی قابل پیاده¬سازی است. نتایج به دست آمده از شبیه¬سازی این الگوریتم درستی روش ما را تأیید می¬کند. پیاده¬سازی این الگوریتم کم¬تر از یک ثانیه به طول می¬انجامد و تصویر را با خطایی در حدود 0.5 تا 1پیکسل مشخص می¬کند. درنهایت نتایج شبیه¬سازی روش خود را با دو روش یکسوسازی فشرده و یکسوسازی گوسی-اقلیدسی مقایسه نموده¬ایم. این روش¬ها خطایی در حدود 2 پیکسل داشته و به زمان بیش¬تری برای شبیه¬سازی نیاز دارند.

در سال های اخیر بکارگیری تکنولوژی نیمه هادیها و پردازش دیجیتال در صنعت باعث ظهور ابزارهای پیچیده ای در حوزه کاربردی تجاری و خانگی شده است. سگوی یکی از این پدیده هاست که جای خود را در بسیاری از منازل، مراکز خرید، فرودگاه ها و ... باز کرده است. در این پایان نامه طراحی و ساخت نمونه ای از این وسیله نقلیه با کمک پردازنده های دیجیتال و حسگرهای ارزان قیمت mems مورد نظر است. با توجه به پیچیدگی ساختار کنترلی یک سگوی، که ماهیتی ناپایدار دارد، طراحی با ارائه یک مدل ریاضی دقیق آغاز می شود. در این مرحله به کمک قوانین نیرو و گشتاور و ارائه یک مدل مکانیکی ساده از سگوی، معادلات حاکم بر کلیه زوایا، دوران ها و سرعت ها بدست می آید. برای تایید مدل بدست آمده یک نمونه کوچکتر از سگوی ساخته شد. با انجام آزمایش بر روی آن درستی مدل ریاضی مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس با تعمیم مدل بدست آمده به یک سگوی در اندازه واقعی، در نظر گرفتن یک کنترلر pid و انجام شبیه سازی ها در محیط نرم افزار، مشخصات عمومی عملگرها و حسگرهای مورد نیاز از نظر دامنه کار، پاسخ فرکانسی مناسب و بهره مورد نیاز تعیین شد. با کمک نتایج بدست آمده از مرحله شبیه سازی، شاسی مکانیکی ساخته شد و اجزای مختلف مورد نیاز برای آن جداگانه طراحی و ساخته شدند. حسگرهای شتاب برای اندازه گیری زاویه انحراف از خط عمود، ژیروسکوپ ها برای اندازه گیری سرعت زاویه ای چرخش محور سگوی، شافت انکودرها برای اندازه گیری سرعت دوران چرخ ها، جداگانه و کالیبره شدند. مدار راه انداز موتورهای مغناطیس دایم نیز با تکنیک pwm در مرحله بعد اضافه شدند. این مدار برای کاهش نویز القایی از یک باتری مستقل استفاده می کند. مغز متفکر دستگاه نیز که وظیفه ایجاد ارتباط بین تمامی اجزا را داشته و حلقه کنترل را نیز به صورت دیجیتال پیاده می نماید به شکل موازی طراحی و ساخته شد. پس از مونتاژ مجموعه و رفع مشکلات بیشمار پیش آمده سر انجام سگوی ساخته شده توانست بدون حضور اپراتور به تعادل برسد. در مرحله بعد و با تکمیل برنامه امکان کنترل پایدار آن توسط اپراتوری سوار نیز فراهم آمد. برای حرکت به سمت جلو کافیست اپراتور محور اصلی سگوی را قدری به سمت جلو متمایل کند. این عمل معمولا با انتقال بخشی از وزن به جلو انجام می شود. برای کاهش سرعت و یا توقف و حرکت به عقب نیز اپراتور می تواند وزن خود را به عقب میل دهد. برای انحراف به چپ و راست نیز در نمونه ساخته شده دو کلید در دسته کنترل قرار داده شده که با فشردن هر یک، سگوی به همان سمت متمایل می شود. این عمل با کاهش سرعت چرخ در سمت مورد نیاز انجام می شود. آزمایشهای انجام شده بر روی سگوی ساخته شده نشان می دهد که این وسیله می تواند با سرعتی حدود 1متر برثانیه حرکت نماید. باتری های موجود نیز تداول حرکت باری 30 دقیقه را تضمین می نمایند.

این پایان نامه یک حسگر خورشیدی دیجیتال دو محوره با دو آشکارساز نوری را توصیف می کند. از جمله ویژگی های مهم حسگرهای خورشیدی ¬میدان دید (fov ) و حساسیت این حسگرهاست. افزایش میدان دید باعث می شود تا جهت یابی در محدوده وسیعتری امکان پذیر باشد و حساسیت بیشتر این حسگرها به تغییر مکان خورشید، جهت یابی را دقیق تر می کند. از آنجایی که در روش های سنتی، بهبود یکی از این ویژگی ها منجر به از دست دادن ویژگی دیگر می شود، در این پایان نامه روشی ارائه می شود تا هر دو این ویژگی ها در مقایسه با روش سنتی بهبود یابند. در این حسگر در سامانه اپتیکی به کار رفته به جای استفاده از یک شکاف مرکزی، از دو شکاف جانبی استفاده می شود درنتیجه بدون اضافه شدن هزینه ساخت، بار محاسباتی و پیچیدگی قابل توجه، میدان دید حسگر وابسته به فاصله شکاف ها از یک دیگر می تواند تا 23% افزایش یابد. ضمن آن که حساسیت هم نه تنها کاهش نمی یابد، بلکه به طور کلی در محدوده میدان دید، افزایش خواهد یافت. به منظور دست یابی به تفکیک پذیری و یا حساسیت بیشتر، چندین الگوریتم فوق تفکیک پذیری نیز به کارگرفته شده و نتایج آن ها با الگوریتم های متداول به کار گرفته شده در حسگرهای خورشیدی مقایسه می گردد. این حسگر می تواند پردازش خود را مبتنی بر یک و یا دو لکه انجام دهد، همچنین به دلیل آن که در بسیاری از مواقع همزمان دو تصویر از خورشید بر روی صفحه کانونی وجود دارد. می توان با میانگین گیری، راستای خورشید را با دقت بالاتری استخراج کرد. در نهایت با استفاده از چندین مدل سازی و شبیه سازی به روش های مختلف از بخش های مختلف حسگرخورشیدی، خورشید و پدیده های اپتیکی از جمله الگوی روشنایی ناشی از شکاف، پراش فرنل ، محدوده پیکسل ها، واگرایی خورشید و نویز، روش ارائه شده با روش تک شکافی تحت تابش های متفاوت تست گردید و نتایج ذکر شده تایید شدند.