Paralelización de un algoritmo de cálculo de la rspuesta impulsional de un canal IR difuso en interiores

Peer Reviewe

Modelación de un medio óptico dispersivo mediante la susceptibilidad eléctrica como ecuación auxiliar

"Se realizó un conjunto de programas en Matlab para la simulación de campos electromagnéticos transitorios, mediante la solución numérica de las ecuaciones de Maxwell a través del método de las Diferencias Finitas en el Dominio del tiempo (FDTD por sus siglas en ingles) para el caso de una dimensión. Estas ecuaciones presentan derivadas espaciales-temporales en la ley de Ampere y Faraday que fueron remplazadas por ecuaciones en diferencias finitas, técnica basada en la discretización tanto espacial como temporal de los campos electromagnéticos particularmente usando la aproximación de la diferenciación central. Se empleó la llamada técnica de la ecuación auxiliar para introducir efectos dispersivos y no lineales, utilizando la relación entre el vector de desplazamiento y el campo eléctrico, mediante la susceptibilidad eléctrica, utilizando los modelos de primer orden (Debye), segundo orden (Lorentz) y la contribución no lineal de tercer orden (Kerr y Raman). Los resultados obtenidos en el modelo Debye y Lorentz se consideraron los coeficientes de Fresnel en medios dieléctricos, bajo una incidencia normal, los resultados obtenidos mediante la teoría fueron validados con los resultados numéricos arrojados por la modelación.

Implementación de un prototipo para la medición del pulso cardíaco mediante procesamiento de vídeo en la tarjeta de desarrollo JETSON TX1

Proyecto de Graduación (Licenciatura en Ingeniería Electrónica) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ingeniería Electrónica, 2018Non-invasive techniques for vital signs monitoring have been developing in the last years due to interdisciplinary fields like the computer vision and artificial intelligence. So, in RidgeRun Engineering, there is a need for implementing an image processing system based on the Eulerian video Magnification (EVM) algorithm to detect the heart pulse in the embedded system Jetson TX1, as a way to explore its capabilities. This document describes the design and implementation of this system to detect the heart pulse of a person from video images. The application can be split into two main stages: the implementation of the EVM algorithm in C++ and the post-processing necessary in the video with the magnified signal of interest. In the first stage, the architecture of the algorithm implementation is detailed and for the second stage, the approach to extract the heart pulse is described. A wide variety of tests have been done to verify the implementation, this includes: the calculation of the structural similarity (SSIM), the quantitative comparison of the heart pulse with simultaneous measurements from an oximeter and performance tests. The results demonstrate that the solution, using the GPU, is capable to estimate the heart pulse with an accuracy near the 95 %

Modelos numéricos para la simulación y el análisis de señales atmosféricas

Los rayos son la principal fuente de radiación de origen natural en la atmósfera terrestre, dado que cada segundo, del orden de un centenar de ellos descargan sobre la superficie de la Tierra, siendo el fenómeno más frecuente en unas regiones que en otras. Dichas descargas emiten la mayor parte de dicha radiación en las bandas ELF y VLF, bandas en la cuales las señales presentan una baja atenuación. La radiación emitida da lugar, en la banda ELF a las resonancias de Schumann y en la banda VLF a campos resonantes en la guía formada por la ionosfera y la superficie de la Tierra. Estas señales nos permiten inferir, por una parte, las propiedades de la ionosfera, y por otra la ubicación donde se ha producido la descarga del rayo. Entre los sistemas detectores de descargas, se puede establecer una clasificación en dos grupos. Un grupo es el formado por redes multiestación, donde una descarga es detectada en varias estaciones, proporcionando la localización de la descarga con precisión, a través de un procedimiento de triangulación. Tales sistemas presentan el inconveniente de la necesidad de cubrir homogéneamente el área de interés al efecto de detectar con precisión el mayor número de descargas. En este sentido, los costes asociados al mantenimiento y sincronización de las estaciones no es baladí. Otro grupo se encuentra formado por estaciones individuales de detección de descargas, las cuales son menos precisas pero el coste de mantenimiento es muy inferior al de una red. En adición hay situaciones donde únicamente se puede hacer uso de este tipo de estaciones. En todos los casos, estos sistemas funcionan analizando la señal recibida en la banda VLF; estas señales son llamadas "radioatmosferics" o "sferics". En el presente trabajo se presenta en primer lugar un modelo numérico tridimensional en diferencias finitas en el dominio del tiempo de la guía de ondas formada por la superficie de la Tierra y la ionosfera para el estudio de la propagación de señales en la banda VLF, considerando el perfil de conductividad de la ionosfera y la anisotropía inducida por el campo magnético terrestre.El campo magnético terrestre actúa sobre las partículas cargadas de la ionosfera dando lugar a las corrientes de Hall, Pedersen y la conductividad paralela al campo magnético. Dichas corrientes se introducen mediante sus correspondientes conductividades y su campo eléctrico asociado. Esto hace que se modifique la técnica FDTD convencional para ubicar en las celdas las correspondientes componentes de campo eléctrico que se encuentran localizadas en otras posiciones de la celda FDTD. También se modifica el procedimiento de integración temporal para ubicar correctamente las componentes del campo en sus correspondientes instantes temporales, permitiendo desarrollar un procedimiento iterativo FDTD estable, deduciendo la estabilidad del nuevo procedimiento teóricamente. Esta técnica se aplica a la modelización de las descargas en la guía de ondas formada por la ionosfera y la superficie de la Tierra y permite, además, simular con precisión las señales detectadas, las cuales se han propagado a través de la guía, permitiendo así, analizar cambios en la ionosfera. Por otro lado, permite estudiar las técnicas de geolocalización de descargas procedentes de otros investigadores, realizando una comparación de la precisión de las mismas con resultados simulados. Finalmente, se desarrolla una nueva técnica basada en la pendiente de fase de la señal recibida. Para comparar tales técnicas con medidas propias, se diseña un sistema de medición de descargas portátil de tal manera que permite obtener señales en diferentes entornos de medida y nivel de ruido electromagnético. En este sentido, el proceso de detección de descargas presenta diversos problemas, por una parte los asociados a la existencia de ruido, en las bandas de frecuencia de interés, procedente sobretodo de la actividad industrial, y por otra la referente a la recepción de múltiples señales procedentes de múltiples distancias, dada las numerosas descargas que se generan cada segundo

Robot buscador de manchas por visión

La idea de este proyecto se toma del concurso organizado por Mathworks, Mission On Mars Robot Challenge. En él no se trata de crear un robot, el cual es provisto por la organización, sino de optimizar el funcionamiento que simule el de los robots que viajan a Marte para explorar el terreno superando obstáculos. A más pequeña escala, se desarrolla el robot que, mediante un hardware más básico y un diseño propio, va a ser capaz de detectar una serie de manchas de un color determinado sobre el terreno gracias a la cámara que posee. Una vez vistas todas las que son alcanzables desde su posición, visitará la más cercana. Por otro lado, se expondrán una serie de ideas para la optimización del robot, que debido a una serie de razones no han llegado a ser implementadas. Esta empieza por añadir un nuevo hardware al robot y así este sería capaz de generar un mapa del terreno, lo cual haría que pudiera visitar más objetivos y de una forma más eficiente

Aplicación de algoritmos basados en redes neuronales para el reconocimiento automático de eventos en un sistema COTDR (Coherent Optical Time Domain Reflectometer)

Un reflectómetro óptico coherente en dominio temporal (COTDR) es un sistema que, conectado ópticamente a un extremo de untendido de fibra óptica, permite trasducir variaciones de presión, tensión o temperatura a lo largo de decenas de kilómetros de la fibra,en señales ópticas identificables capaces de monitorizar en tiempo real dichas variaciones a lo largo de la fibra con resoluciónespacial de pocos metros.El funcionamiento de un COTDR se basa en el análisis de la señal de interferencia que produce sobre un detector rápido la luzretroesparcida por efecto Rayleigh de un pulso óptico coherente corto (de unos pocos metros de extensión) que viaja a lo largo de unafibra óptica que hace el papel de sensor longitudinal distribuido. Las pequeñas variaciones de fase inducidas localmente en el pulsoóptico por efecto sobre el medio material de la fibra de perturbaciones acústicas, térmicas, o de tensión, se traducen en cambios en laseñal interferométrica que debidamente tratada permite obtener una imagen espacio temporal de las variaciones en un entorno devarios metros alrededor de la fibra óptica a lo largo de la longitud de la misma. Para un trazado del orden de 50 kilómetros, laseparación entre pulsos ópticos consecutivos permite actualizar esta imagen longitudinal del estado de la fibra a una frecuencia deunos 10 kHz.La aplicación de un sistema COTDR como sensor distribuido en numerosas aplicaciones (carreteras, vías férreas, tendidos eléctricos,conducciones subterráneas, etc) se encuentra con la enorme dificultad de manejar de forma autónoma la ingente cantidad de datosobtenidos por unidad de tiempo consiguiendo discernir eventos de interés respecto al continuo de ruido interferométrico. El objetivo deeste trabajo es estudiar la aplicación de algoritmos basados en redes neuronales a las señales de salida de un sistema COTDR quepermitan automatizar la clasificación de eventos en aplicaciones que hacen uso de esta tecnología.En un sistema de reconocimiento basado en redes neuronales, además de la elección adecuada de la estructura de la red, esfundamental disponer de suficiente información relevante que permita entrenar la red. Por ello, en primer lugar se estudiará lanaturaleza de las señales de salida de un sistema COTDR. Esto permitirá poner en funcionamiento un simulador que genere señalessintéticas que reproduzcan de la manera más fiel posible situaciones de “no evento” y situaciones afectadas por eventos tipo. Paraello se estudiarán señales reales obtenidas con un COTDR en un campo de pruebas donde se ensayarán un conjunto de dichoseventos tipo. En una segunda fase del trabajo, se probarán diversas estructuras de red entrenándolas con las señales sintéticas y seevaluará su tasa de éxito sobre los eventos obtenidos en pruebas reales.<br /

Monitorización y medida de atunes en jaulas mediante el uso combinado de técnicas acústicas y ópticas

Este trabajo presenta un dispositivo experimental diseñado para poder monitorizar el crecimiento del atún rojo (Thunnus thynnus) en jaulas ,mediante la combinación de técnicas ópticas y acústicas . Las medidas obtenidas nos permitirán decidir si la metodología es apta para establecer una relación entre el TS y el tamaño de los atunes. This paper presents an experimental setup designed to monitor the growth of bluefin tuna (Thunnus thynnus) in cages, using a combination of optical and acoustic techniques. The measurements obtained enable us to decide whether the methodology is suitable for establishing a relationship between the TS and the size of tuna.Puig Pons, V. (2010). Monitorización y medida de atunes en jaulas mediante el uso combinado de técnicas acústicas y ópticas. Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/10336Archivo delegad

Métodos numéricos para el modelado de antenas, medios guiados y la simulación de propagación de campos electromagnéticos

En el presente trabajo se exploran diversos métodos numéricos para la resolución del modelado de componentes de tecnología de comunicaciones en los que la propagación de los campos electromagnéticos es de gran relevancia. Estos van a venir descritos mediante ecuaciones diferenciales parciales y será este el lenguaje matemático con el que trabajaremos desde el principio. El trabajo se centra en varios métodos numéricos, como pueden ser el "Método de Diferencias Finitas", FDM por sus siglas en inglés, para el modelado de líneas de transmisión y campos electroestáticos, o la denominada técnica de "Diferencias Finitas en el Dominio del Tiempo", FDTD por sus siglas en inglés, para la simulación de la propagación de ondas electromagnéticas en el tiempo o el cálculo del patrón de radiación de una antena dipolo 2D. Igualmente abordaremos la técnica de los valores propios, para la resolución de guía de ondas rectangulares. Así mismo, el trabajo se centrará en la formulación e implementación de códigos de programación, por lo que se utilizará en la mayoría de los casos la programación en Matlab, y utilizando las librerías MEEP para el caso de la antena dipolo.In the present work, various numerical methods are explored for the resolution of the modeling of communication technology components in which the propagation of electromagnetic fields is highly revealing. These will be described by means of partial differential equations and this will be the mathematical language with which we will work from the beginning. The work focuses on various numerical methods, such as the "Finite Difference Method" (FDM), for the modeling of transmission lines and electrostatic fields, or the so-called "Finite Difference in Time Domain" technique (FDTD), for the simulation of the propagation of electromagnetic waves in time or the calculation of the radiation pattern of a 2D dipole antenna. We will also address the technique of eigenvalues, for the resolution of rectangular waveguides. Likewise, the work will focus on the formulation and implementation of programming codes, which is why programming in Matlab will be used in most cases, and using the MEEP libraries in the case of the dipole antenna.Grado en Ingeniería Telemátic

Paralelización de Algoritmos para Reconstrucción Rápida de Imagen de Resonancia Magnética a partir de Espacio K Submuestreado

La imagen de resonancia magnética es una potente técnica de imagen médica muy utilizada en la práctica clínica debido a que es capaz de medir las propiedades de los tejidos de forma no invasiva. El principal inconveniente es que el tiempo necesario para adquirir imágenes de alta calidad es elevado. Con el objetivo de agilizar dicho proceso se han presentado en la literatura numerosas técnicas prometedoras como la adquisición de espacios K submuestreados o la utilización de trayectorias no cartesianas. El problema de estas adquisiciones es que trasladan la complejidad a la reconstrucción de la imagen, lo que da lugar a algoritmos con una alta carga computacional. No obstante, dada la naturaleza paralela de los algoritmos de procesado de imagen, las unidades de procesamiento gráfico (GPU), usadas como dispositivos informáticos de uso general, permiten superar esta necesidad computacional, obteniéndose implementaciones más eficientes de dichos algoritmos. En este Trabajo Fin de Máster se implementan dos algoritmos ampliamente utilizados en la reconstrucción de imagen de resonancia magnética. Estos son, el algoritmo de optimización NESTA, utilizado para la reconstrucción de MRI a partir de espacios K submuestreados, y el algoritmo de la transformada de Fourier no uniforme (NUFFT), utilizado en adquisiciones no cartesianas. Las implementaciones planteadas son programadas mediante el lenguaje de programación OpenCL, ya que tiene la ventaja de permitir implementaciones independientes del tipo de dispositivo y del fabricante del mismo. Concretamente, se realiza especial énfasis en la utilización de GPUs. Al mismo tiempo, los desarrollos se integran en el framework OpenCLIPER, el cual facilita la implementación de algoritmos de procesado de imagen en OpenCL, para poder ser utilizados en pipelines más complejos de reconstrucción de MRI. Finalmente, se analizan las imágenes de resonancia magnética reconstruidas para validar ambos algoritmos y demostrar su utilidad en la reconstrucción de MRI. Además, se evalúa el rendimiento de los algoritmos en términos de tiempo de ejecución. Por un lado, este análisis demuestra la mejora obtenida en la implementación planteada del algoritmo NESTA en comparación con la implementación en MATLAB. Por otro lado, aunque con el algoritmo NUFFT no se reducen los tiempos, se plantean posibles optimizaciones del código para trabajos futuros.Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones e Ingeniería TelemáticaMáster en Ingeniería de Telecomunicació

Desarrollo de instrumentación de resonancia magnética nuclear con ciclado rápido de campo magnético para imágenes y relaxometría localizada

Tesis (Doctor en Física)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2018.En la presente tesis se desarrolló y puso en funcionamiento un equipo de Imágenes por Resonancia Magnética con Ciclado Rápido de Campo magnético (IRM+CRC). El equipo trabaja a un campo de detección de 125 mT (5 MHz para protones), permitiendo evolucionar experimentos a frecuencias de Larmor de protones inferiores a los 10 kHz. El campo conmuta entre los valores máximo y mínimo en un tiempo inferior a los 10 ms en un volumen máximo de muestra de 35 cm3. La motivación para el desarrollo de la tecnología surge de la posibilidad de adquirir imágenes por Resonancia Magnética con contrastes inaccesibles por equipos convencionales de IRM. El prototipo de IRM+CRC desarrollado propone un enfoque innovador para la implementación de una técnica para la cual aún no existen equipos comerciales. Esta máquina se enfoca en el desarrollo de medios físicos y químicos de contraste especialmente diseñados para imágenes con campo ciclado en animales pequeños.In this thesis a Fast Field-Cycling Magnetic Resonance Imaging (FFC+MRI) system was developed. The machine operates at a detection field of 125 mT (5 MHz for protons), allowing evolution of experiments at proton Larmor frequencies below 10 kHz. The field cycles between maximum and minimum values with a switching time below 10 ms for a maximum sample volume of 35 cm3. This technological development is motivated by the possibility of acquiring Magnetic Resonance images with contrasts unreachable by conventional MRI equipments. The FFC+MRI prototype developed in this thesis proposes an innovative approach to a technique for which commercial equipments do not yet exist. This machine focuses in development of physical and chemical contrast means, specially designed for images with field-cycling in small animals