Teses e Dissertações
URI permanente para esta coleçãohttps://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/715
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- Projeto e caracterização de discriminação de cores utilizando fotodiodo PIN lateral com porta através de aprendizagem de máquina(2021) Silva Júnior, João Batista daO avanço tecnológico no mercado de sensores de imagem vem crescendo de forma ao longo dos anos com buscas incessantes na detecção da radiação eletromagnética, nas áreas de segurança, medicina, aeroespacial, câmeras fotográficas, televisões, celulares etc. Essa busca motivou a comunidade científica a realizar estudos dos fotodiodos PIN para detecção da radiação eletromagnética, que são dispositivos capazes de converter a energia luminosa em um sinal elétrico. Ainda existem grandes lacunas nos estudos dos fotodetectores, motivando pesquisadores do mundo inteiro a estudá-los. Além do mercado óptico, outra tecnologia imersiva está em ascensão, a IA (Inteligência Artificial), dividida em três grandes grupos: Aprendizado de Máquina (AM), Ciência de Dados e “Big Data”, que permitirá entender e ensinar as tomadas de decisões das máquinas. No mercado de aquisição de imagens, as câmeras de hoje possuem boa resolução, porém, seu modelo de tratativa da informação ainda é limitado, devido à utilização do modelo RGB, que combinas as radiações R (RED – Vermelho) G (GREEN – Verde) e B (BLUE – Azul) para gerar as demais radiações do espectro eletromagnético visível. A captura dessas radiações ocorre através da detecção dos comprimentos de ondas via filtros ópticos discretos depositados na matriz dos fotodetectores. Em virtude das lacunas apresentadas nos estudos dos fotodetectores e da ascensão da IA, este trabalho visa estudar o fotodiodo PIN lateral com porta para discriminar as cores do espectro visível com auxílio dos algoritmos do aprendizado de máquina, no intuito de expandir a qualidade das imagens capitadas. As análises foram divididas em três partes sendo que na primeira parte, o estudo propõe índices de mérito capazes de discriminar as cores através da polarização de porta VG. Os índices de mérito XRGB, YRGB, I’CAT(VG) e ICAT,int demostram essa possibilidade. Para os índices XRGB e YRGB os estudos mostram que a faixa de VG se estende de -0,8V à +0,8V. Já para o método derivativo (I’CAT(VG)) a faixa de VG para discriminar está compreendida entre -0,8V à -0,5V, tendo o ponto máximo de discriminação para VG = -0,65V. Finalizando os estudos dos índices, o método integrativo (ICAT,int(VG)) informa que a melhor faixa para se trabalhar é 0V à 0,5V, onde o comportamento é linear, apresentando como discriminador os coeficientes angulares (BX) de cada comprimento de onda RGB. Na segunda parte, é realizado o estudo dos algoritmos gerados para os dados caracterizados do fotodiodo PIN lateral com porta, sendo: Linear Discriminant, Quadratic Discriminant, Linear SVM, Quadratic SVM, Cubic SVM, Cosine KNN e Ensemble Subspace Discriminant. Todos os modelos durante a fase de treinamento mostraram acurácia acima de 90% e ROC/AUC = 1. Na fase de teste, todos os modelos ficaram com acurácia acima de 94%, sendo que, três deles, 4 Linear Discriminant, Quadratic Discriminant e Quadratic SVM obtiveram 100% de acurácia. Na terceira parte, é proposta a discriminação através da modificação do um circuito eletrônico discutido no item 3.6 deste trabalho, através das polarizações VG que são quatro no total, -1,0 V, -0,6 V, +0,6 V e +1,0 V. Esse circuito fornece a relação entre a tensão de saída V? pelo comprimento de onda ?, através da razão logarítmica entre as correntes dos fotodiodos laterais com porta. A melhor resposta de detecção foi apresentada para VG1 = +1,0 V e VG2 = -0,6 V, para as três potências ópticas em análises (0,1; 0,5 e 1,0 W/m2). As demais combinações de VG demostram resultados satisfatórios para qualquer valor de potência óptica para a faixa de ? entre 200 nm a 500nm, onde existe uma boa variação na tensão de saída (V?) do circuito. O terminal de porta proposto neste dispositivo auxilia positivamente na discriminação dos comprimentos de ondas, abrindo novos horizontes na detecção da radiação eletromagnética