Signālu apstrāde un iegultais intelekts

Signālu apstrāde ir disciplīna, kas saistīta ar signālu iegūšanu, attēlošanu un manipulēšanu un ir nepieciešama plaša mēroga praktiskos pielietojumos. EDI uzkrātā pieredze šajā jomā ir visai daudzpusīga. Tās kompetencē ietilpst: 

• uz modernām DSP tehnoloģijām balstīti virtuālie instrumenti;
• programmvadāmas radio iekārtas, tajā skaitā balstītas uz nevienmērīgu diskretizāciju;
• nestacionāru signālu signālatkarīga analīze, notikumu vadīti analogs-ciparu pārveidojumi;
• biometrijas un smadzeņu signālu apstrāde;
• sejas un plaukstas biometrisko datu apstrāde;
• bioloģiskās atgriezeniskās saites pielietojums medicīniskā rehabilitācijā;
• attēlu apstrāde;
• datu ieguves un apstrādes sistēmu mikrominiaturizēšana;
• viedo sensoru un tīklotu iegulto sistēmu signālu apstrāde;
• virziendarbības antenu masīvu pielietojumi bezvadu sensoru tīklos;
• tranzistoru UWB uztvērēji un impulsu ģeneratori;
• u.c.

Daļa no mūsu signālu apstrādes pētniecības pievēršas attēlu apstrādei tādās jomās kā biomedicīna (melanomu noteikšana), satelītu datu apstrāde (mežaudžu analīze), inteliģentās transporta sistēmas (automašīnu un gājēju detektēšana, numurzīmju atpazīšana), drošība (cilvēku atpazīšana pēc plaukstas rievojuma un asinsvadu attēliem), lauksaimniecība (kultūraugu un nezāļu atšķiršana) un citas. Dažādu objektu detektēšanai, lokalizēšanai, kā arī attēlu klasificēšanas uzdevumos mēs pētām dažādas pieejas, ieskaitot mašīnmācīšanos (dziļie konvolūcas un rekurentie neironu tīkli). Fokus tiek likts uz marķētu apmācības datu iegūšanu veidojot marķēšanu paātrinošas metodes un sintētisku apmācības datu ģenerēšanas paņēmienus. Mēs pētām un izstrādājam arī efektīvus video apstrādes algoritmus, kas ir lietojami uz skaitļošanas jaudas ziņā ierobežotām ierīcēm. Piemēram, esam izstrādājuši objektu detektēšanas algoritmu, kas, darbojoties uz lētā un mazā Raspberry Pi Zero datora, var apstrādāt līdz 15 kadriem sekundē.

Iegultā intelekta jomā EDI fokusējas uz pret skaitļošanas un enerģijas resursiem efektīvu arhitektūru un risinājumu izveidi, un efektīvu datu apstrādes algoritmu (piemēram, transformētu mākslīgo neironu tīklu arhitektūru) īstenošanu FPGA tipa čipos un heterogēnās SoC (System-on-Chip) iekārtās. Šajā jomā mēs sadarbojamies ar TECNALIA, Infineon, BUT un citiem jomas līderiem tādos H2020 projektos kā 3Ccar, Autodrive, ENACT u.c. Mūsu pētījumu rezultāti ļauj resursietilpīgu uztveres apstrādi (piemēram, stereo attēlu apstrādi un mākslīgo neironu tīklu darbināšanu) īstenot uz periferālās skaitļošanas iekārtām (edge computing devices). 2018. gadā mūsu darbs par oriģinālu pieeju mākslīgo neironu tīklu arhitektūras transformēšanai FPGA ieguva Latvijas Zinātņu Akadēmijas balvu kā viens no gada nozīmīgākajiem sasniegumiem Latvijas zinātnē.

EDI pieredze signālu apstrādes un iegultās inteliģences jomās ir sekmējusi tādu tehnoloģiju izstrādi kā valkājams gudrais audums, vilcienu integritātes monitorēšanas sistēma, multimodāla uz FPGA balstīta biometrijas sistēma, industriālai videi pielāgoti augstas datu caurlaides bezvadu sensoru mezgli, čipa paātrinātāji attēlu apstrādes un telpas dziļuma uztveres uzdevumiem, automašīnu komunikācijas sistēma, liela mēroga (100+) sensoru tīkla testa gultne un citas. Šodien EDI eksperti darbojas ar plaša mēroga platformām, sākot no mazākajiem mikrokontrolleriem, līdz modernākajām SoC tipa heterogēnajām sistēmām. Papildus kompetences iekļauj spiesto plašu (PCB) projektēšanu, zemas abstrakcijas līmeņa programēšanu, algoritmu izstrādi, digitālo un analogo shēmu kā arī kooperējošos sistēmu veidošanu.

Projekti

• Integrated Components for Complexity Control in Affordable Electrified Cars (3Ccar) #H2020
• Intelligent Motion Control Platform for Smart Mechatronic Systems (I-MECH) #H2020
• Programmējamas Sistēmas Inteliģencei Automobiļos (PRYSTINE) #H2020
• Mākslīgais intelekts industrijas digitalizēšanai (AI4DI) #H2020
• Uzlabota fotonikas, optisko un elektroniko komponenšu iepakošana/montāža zemu izmaksu ražošanai Eiropā (APPLAUSE) #H2020
• Pamattehnoloģiju ietvars drošu un autonomu dronu lietojumiem (COMP4DRONES) #H2020
• Robotizētas nezāļu ierobežošanas iekārtas izveide (RONIN) #ESIF
• Reāla laika stereo redzes dziļuma kartes sensors (STRIVE) #ESIF
• Bezvadu sensoru tīkls vilciena integritātes kontrolei (INTKO) #ESIF
• 3D formu jūtīgs audums („3D AUDUMS”) #ESIF
• Plaukstas datu nolasīšanas un apstrādes sistēma (PALMs) #ESIF
• Daudzfunkcionāla signālu laika analizatora eksperimentāla izstrāde (SiLA) #ESIF
• Multimodālas biometrijas tehnoloģija drošai un ērtai personu autentifikācijai (BiTe) #ESIF

Publikācijas

• Alexey Tatarinov,Viktors Kurtenoks,Gennady Shahmenko,Evgeny Barkanov, Jelena Mironova MULTI-PARAMETRIC APPROACH FOR ASSESSMENT OF DETERIORATION INCONSTRUCTION MATERIALS USING ULTRASONIC SURFACE WAVES. In proc, 2019 INTERNATIONAL CONGRESS ON ULTRASONICS BRUGES, BELGIUM,3-6 September 2019.
• Vlastimil Šetka, Ondřej Ježek, Rihards Novickis. Modular Signal Processing Unit for Motion Control Applications Based on System-on-Chip with FPGA. Published in: 2019 24th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA).
• Bluetooth Low Energy Throughput in Densely Deployed Radio Environment
• Martin Dendaluce Jahnke, Francesco Cosco, Rihards Novickis, Joshué Pérez Rastelli, Vicente Gomez-Garay "Efficient Neural Network Implementations on Parallel Embedded Platforms applied to Real-Time Torque-Vectoring Optimization using Predictions for Multi-Motor Electric Vehicles", Electronics (ISSN 2079-9292)
• V. Aristov. Influence of Nonlinearity of Fast Sawtooth Voltage on Stroboscopic Transformation of Signals in Receivers of Sensors Locators. Automatic Control and Computer Sciences, 2019, Vol.53, No. 4, pp. 291-297.
• A. S. Rybakov. Demodulation of Frequency-Modulated Signals by Pseudorandomly Selected Zero-Crossing Instants. // Automatic Control and Computer Sciences, 2018, Vol. 52, No. 2, pp. 77–88.
• R. Novickis, M. Greitāns, "FPGA Master based on chip communications architecture for Cyclone V SoC running Linux", IEEE-2018 International Conference on Control, Decision and Information Technologies (CoDIT), Thessaloniki, Greeze 2018
• R.Shavelis, K.Ozols, M.Greitans, V.Fescenko, "Performance of Adaptive Filters for Predicting the Future Values of the Vehicle Sideslip Angle", The 16th Biennial Baltic Electronics Conference BEC2018, Tallinn, Estonia, Oct. 8-10, 2018.
• V. Aristov. T.Laimina “ The Use Of The Karhunen Loeve Transformation To Form The Speech Data For Their Subsequent Wiring To Sound By Probing Sound Source By An Ultra-Wideband Pulse Locator” , Žurnāls Austria-science, № 17/ 2018, pp.22-28. The possibility of applying the first principal component of the Karunen-Loeve transformation is developed to form the speech data for their subsequent wiring to sound when a sound source (speaking person) is probed with an ultrawideband pulse locator.
• I.Mednieks, I.Bilinskis, E.Boole “Specific Signal Representation for Transmission and Processing based on Precise Event Timing”, 16th Biennial Baltic Electronics Conference (BEC2018), Oct 8, 2018 - Oct 10, 2018 Tallinn, Estonia
• V. Aristov, "Distance localization of the moving object by applying the karhunen–loeve transform to ultra-wideband impulse signals". ISSN 0146-4116, Automatic Control and Computer Sciences, 2017, Vol. 51, No. 5, pp. 294–300. © Allerton Press, Inc., 2017.
• Shavelis R., Ozols K., Greitans M., Amplitude Adaptive ASDM circuit, 2017 3rd International Conference on Event-Based Control, Communication and Signal Processing, Madeira, 2017
• G. Gaigals, E. Vavilina. "Simulation of compressed sensing based passive radar for drone detection." 2017 5th IEEE Workshop on Advances in Information, Electronic and Electrical Engineering (AIEEE). IEEE, 2017.
• I.Bilinskis, E.Boole, A.Skageris, "Method for transmission of wide bandwidth signals based on event timing and deliberate randomization of signal sampling", Advances of Wireless and Optical Communication RTUWO 2017, Riga, November 2-3, 2017, pp.152-155.
• Signal Transmission and Representation Based on High Performance Event Timing
• OZOLS., K, SHAVELIS., R, Amplitude Adaptive ASDM without Envelope Encoding, The 2016 European Signal Processing Conference (EUSIPCO 2016), Budapest, Hungary, August 29 -September 2, 2016.
• HERMANIS, E., SHUPOLS, G., SHAVELIS, R., ARISTOV, V., 2015. Signal With Linear Distortions Restoration Experiments for Stroboscopic Comparator-Based Converters, Automatic Control and Computer Sciences, Vol. 49, No. 6, 2015, pp. 390-394.
• ARISTOV, V., SHAVELIS, R., SHUPOLS, G., and CIRULIS, R. 2015. An Investigation of Non-traditional Approach to Narrowing the GPR Pulses. 25th International Conference “Radioelektronika 2015”. Pardubice, Czech Republic, 21-22
• OZOLS, K., 2014. Implementation of reception and real-time decoding of ASDM encoded and wirelessly transmitted signals. Microwave and Radio Electronics Week 2015 (MAREW2015), Pardubice, Czech Republic, April 21-23, 2015
• SHAVELIS, R., OZOLS, K., 2014. Design of FIR Decimation Filters with Low Group Delay for Audio Applications " The 14th Biennial Baltic Electronics Conference BEC2014, Tallinn, Estonia, Oct. 6-8
• SHAVELIS, R., OZOLS, K., GREITANS, M., 2014. Optimization of Filtering Scheme for Reduction of Loudspeaker Distortions, The 14th Biennial Baltic Electronics Conference BEC2014, Tallinn, Estonia, Oct. 6-8
• R.Shavelis and M.Greitans, "Extended Fourier Series Representation of Signals With Time-Varying Bandwidth", ICICS 2013, Tainan, Taiwan, 10 - 13 December, 2013.
• M.Greitans and R.Shavelis, “Extended Fourier series for time-varying filtering and reconstruction from level-crossing samples”, EUSIPCO 2013, Marrakech, Morocco, 9-13 September, 2013.
• K.Ozols, M.Greitans, R.Shavelis. "Amplitude Adaptive Asynchronous Sigma-Delta Modulator", 8th International Symposium on Image and Signal Processing and Analysis (ISPA 2013), Trieste, Italy, September 4-6, 2013 Conference Proceedings pp.460-464
• K.Ozols, M.Greitans, R.Shavelis. "EEG Data Acquisition System Based on Asynchronous Sigma-Delta Modulator", The 13th Biennial Baltic Electronics Conference BEC2012, Tallinn, Estonia, Oct. 3-5, 2012.
• R. Shavelis, M. Greitans „Signal Sampling According to Time-Varying Bandwidth”, Proc. of the 20th European Signal Processing Conference EUSIPCO 2012, Bucharest, Romania, Aug., 2012., pp. 1164-1168.
• N. Agafonovs and G. Supols. “Design and evaluation of a stroboscopic signal converter based on discrete transistor clocked comparator”. 2012 13th Biennial Baltic Electronics Conference (BEC2012) October 3-5, 2012,Tallinn, Estonia. pp. 69-73.
• Wireless Sensor Network for Distributed Measurement of Electrical Field
• Modris Greitans, Evalds Hermanis, Gatis Supols. “Analytic Model and Bilateral Approximation for Clocked Comparator”, 7th IEEE International Conference on Signals and Electronic Systems - ICSES 2010, Glivice, Polija, 7-10. September 2010.g. pp.185-188.