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Type: Dissertação
Title: Desenvolvimento de algoritmo de Trigger para detecção de sinais no experimento CYGNO
Author: Pains, Igor Fonseca
First Advisor: Nóbrega, Rafael Antunes
Referee Member: Cerqueira, Augusto Santiago
Referee Member: Andrade Filho, Luciano Manhães de
Referee Member: Ferreira, Danton Diego
Resumo: O desenvolvimento de algoritmos de trigger, com tempos de processamento rápidos, é essencial para experimentos que processam grandes volumes de dados e buscam eventos raros com uma alta taxa de aquisição. O experimento CYGNO, projetado para a detecção direta de matéria escura por meio de um detector a gás, enfrenta o desafio de processar aproximadamente 80.000 imagens diariamente, muitas das quais contêm apenas ruído eletrônico gerado pelo sistema de leitura do detector. Para enfrentar esse desafio, este trabalho propõe dois algoritmos de trigger: um algoritmo utiliza filtragem com filtros padrões, como média, mediana e gaussiano, além do filtro casado; o outro é baseado em redes neurais convolucionais (CNNs). Ambos os métodos alcançaram uma taxa de detecção de aproximadamente 80% para sinais de 0.25 keV, com o algoritmo de filtragem apresentando uma taxa de falso alarme de 10%, enquanto a CNNs reduziu esse índice para 1%. Os algoritmos propostos foram capazes de detectar todos os sinais identificados pelo algoritmo de reconstrução do experimento, além de operar com tempos de processamento significativamente menores: o filtro gaussiano levou cerca de 200 milissegundos em CPU e 20 milissegundos em GPU, enquanto a CNN exigiu aproximadamente 550 milissegundos em CPU e 200 milissegundos em GPU. Esses avanços não apenas melhoram a eficiência da análise dos dados, mas também otimizam os recursos do experimento CYGNO, possibilitando uma gestão mais eficaz das imagens adquiridas.
Abstract: The development of trigger algorithms with fast processing times is essential for experiments that process large volumes of data and seek rare events with a high acquisition rate. The CYGNO experiment, designed for the direct detection of dark matter through a gas detector, faces the challenge of processing approximately 80,000 images daily, many of which contain only electronic noise generated by the camera and detector. To address this challenge, this work proposes two trigger algorithms: one algorithm uses filtering with standard filters such as mean, median, and gaussian, as well as the matched filter; the other is based on convolutional neural networks (CNNs). Both methods achieved a detection rate of approximately 80% for 0.25 keV signals, with the filtering algorithm yielding a false alarm rate of 10%, while the CNNs reduced this rate to 1%. The proposed algorithms were able to detect all signals identified by the experiment’s reconstruction algorithm while operating with significantly lower processing times: the Gaussian filter took around 200 milliseconds on a CPU and 20 milliseconds on a GPU, whereas the CNN required approximately 550 milliseconds on a CPU and 200 milliseconds on a GPU. These advancements not only improve the efficiency of data analysis but also optimize the resources of the CYGNO experiment, enabling more effective management of the acquired images.
Keywords: Processamento de imagens
Trigger
Redes neurais convolucionais
Filtragem
Detecção de sinais
Eficiência computacional
Image processing
Trigger
Convolutional neural networks
Filtering
Signal detection
Computational efficiency
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Access Type: Acesso Aberto
Attribution 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/17668
Issue Date: 4-Sep-2024
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