Geometric model and calibration method for a solid-state LiDAR

This paper presents a novel calibration method for solid-state LiDAR devices based on a geometrical description of their scanning system, which has variable angular resolution. Determining this distortion across the entire Field-of-View of the system yields accurate and precise measurements which enable it to be combined with other sensors. On the one hand, the geometrical model is formulated using the well-known Snell’s law and the intrinsic optical assembly of the system, whereas on the other hand the proposed method describes the scanned scenario with an intuitive camera-like approach relating pixel locations with scanning directions. Simulations and experimental results show that the model fits with real devices and the calibration procedure accurately maps their variant resolution so undistorted representations of the observed scenario can be provided. Thus, the calibration method proposed during this work is applicable and valid for existing scanning systems improving their precision and accuracy in an order of magnitude.Peer ReviewedPostprint (published version

Temporal behavior and processing of the LiDAR signal in fog

The interest in LiDAR imaging systems has recently increased in outdoor ground-based applications related to computer vision, in fields like autonomous vehicles. However, for the complete settling of the technology, there are still obstacles related to outdoor performance, being its use in adverse weather conditions one of the most challenging. When working in bad weather, data shown in point clouds is unreliable and its temporal behavior is unknown. We have designed, constructed, and tested a scanning-pulsed LiDAR imaging system with outstanding characteristics related to optoelectronic modifications, in particular including digitization capabilities of each of the pulses. The system performance was tested in a macro-scale fog chamber and, using the collected data, two relevant phenomena were identified: the backscattering signal of light that first interacts with the media and false-positive points that appear due to the scattering properties of the media. Digitization of the complete signal can be used to develop algorithms to identify and get rid of them. Our contribution is related to the digitization, analysis, and characterization of the acquired signal when steering to a target under foggy conditions, as well as the proposal of different strategies to improve point clouds generated in these conditions.This work was supported by the Spanish Ministry of Science and Innovation (MICINN) under the project PID2020-119484RB-I00. The first author gratefully acknowledges the Universitat Politècnica de Catalunya and Banco Santander for the financial support of her predoctoral research grant.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Analysis of the performance of a polarized LiDAR imager in fog

This paper focuses on exploring ways to improve the performance of LiDAR imagers through fog. One of the known weaknesses of LiDAR technology is the lack of tolerance to adverse environmental conditions, such as the presence of fog, which hampers the future development of LiDAR in several markets. Within this paper, a LiDAR unit is designed and constructed to be able to apply temporal and polarimetric discrimination for detecting the number of signal photons received with detailed control of its temporal and spatial distribution under co-polarized and cross-polarized configurations. The system is evaluated using different experiments in a macro-scale fog chamber under controlled fog conditions. Using the complete digitization of the acquired signals, we analyze the natural light media response, to see that due to its characteristics it could be directly filtered out. Moreover, we confirm that there exists a polarization memory effect, which, by using a polarimetric cross-configuration detector, allows improvement of object detection in point clouds. These results are useful for applications related to computer vision, in fields like autonomous vehicles or outdoor surveillance where many variable types of environmental conditions may be present.Agència de Gestió d’Ajuts Universitaris i de Recerca (2021FI_B2 00068, 2021FI_B2 00077); DSTL (DSTLX1000145661); Ministerio de Ciencia e Innovación (PDC2021-121038-I00, PID2020-119484RB-I00).Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Antimicrobial activity of poly(ester urea) electrospun fibers loaded with bacteriophages

The capacity to load bacteriophages into electrospun nanofibers of two representative biocompatible polymers has been evaluated, paying special attention to the possibility of preserving their antibacterial activity. Specifically, the work involves the following steps: (a) Evaluation of the effect of the applied electrical field on the phage activity; (b) evaluation of the activity when a lyophilization process could be avoided by using water soluble polymers (e.g., poly(ethylene glycol); (c) evaluation of the activity when dissolution of the polymer requires an organic solvent and lyophilization is theoretically necessary. In this case, a poly(ester urea) (PEU) derived from the natural L-leucine amino acid has been considered. Adsorption of commercial bacteriophage preparations into calcium carbonate particles was demonstrated to be a promising methodology to avoid lyophilization and keep the initial bactericide activity at a maximum. Phagestaph and Fersis bacteriophage commercial preparations have been selected for this study due to their spPeer ReviewedPostprint (published version

Disseny i construcció d'un muntatge d'imatge fotoacústica.

Photoacoustic Microscopy (PAM) is a novel imaging technique that is commonly used with samples composed by soft tissue and that can provide penetration beyond the optical diffusion limit while maintaining high resolution. By using a short-pulsed laser to irradiate the tissue, part of the light energy is converted into heat, which induces the formation of acoustic waves that propagate inside the tissue and can be detected through ultrasound transducers. In this way, the absorption coefficient can be used as a contrast property of the matter, allowing the mapping of biological and chemical information. The essence of this master thesis is the design and start up of a PAM setup. This report contains the explanation of the different steps performed before reaching this goal, together with a justification of the different decisions that were taken along its construction. Finally, the resulting device and its main features are shown and discussed.Microscopia fotoacústica (PAM) és una nova tècnica d'imatge que és comunment utilitzada amb mostres composades per matèria tova i que pot aconseguir una penetració mes enllà del límit de difusió optica mantenint una alta resolució. Utilitzant un làser pulsat per a irradiar el teixit, part de la llum es converteix en calor, el qual indueix la formació d'ones acústiques que es propaguen per l'interior del teixit y que poden ser detectades mitjançant transductors. D'aquesta manera, el coeficient d'absorció pot ser utilitzat com a propietat de contrast de la matèria, permetent el mapeig de informació biològica i química. L'essència d'aquesta tesis de màster és el disseny i la posada a punt d'un montatge de PAM. Aquest informe conté l'explicació dels diferents passos realitzats abans d'aconseguir aquest objectiu, juntament amb la justificació de les diferents decisions que s'han pres durant la seva construcció. Finalment es mostren el dispositiu resultant i les seves principals característiques

Fabrication of biocompatible polymeric nano- and micro-fibers loaded with bacteriophages

A phage-containing core-shel system based on polymeric nano- and micro-fibers will prepared by electrospinning. Phages will be loaded on poly(ethylen glycol) fibers during the electrospinning process. At same time, this core will be coated with an electroactive biodegradable shell made of a poly(ester urea)/poly(thiophene) blend. Both the loaded core and the shell will be produced in a single electrospinning step. After characterize the fibers at nanometer scale, their bactericidal efficency will be tested and compared with that of more conventional systems. Results will be disseminated to the scientific community as a paper or as a part of paper.Los bacterio-fagos (BF) son agentes bactericidas que actúan con el mismo mecanismo utilizado por los virus en las células eucariotas. Este tipo de estrategia antibiótica se empezó a desarrollar a principios del S.XX, aunque tan solo el bloque soviético llego a invertir recursos de investigación durante la segunda mitad de siglo. Debido a la amenaza de futuras bacterias resistentes a los actuales métodos antibióticos, los BF reciben actualmente un renovado interés cuentico como substitutos a medio plazo. [1] El proyecto trata de investigar un método para liberar los BF en el cuerpo humano utilizando scaffolds biocompatibles. [2] Dichos scaffolds deben tener una alta relación entre superficie y volumen para una óptima liberación de los BF además de una alta porosidad para favorecer el crecimiento celular. Para ello se recurre a fibras de tamaños nanoscópicos y microscópicos. La forma empleada para sintetizar estas fibras cargadas de BF es mediante la técnica de electros-pinning. [3] Para garantizar la biocompatibilidad, se usara PEG y PLA para su fabricación. [4][5] Se intentará crear diferentes tipos de fibras y scaffolds. El objetivo principal es crear fibras coaxiales con un core de BF y PEG y un shell de PLA. El motivo de sintetizar este tipo de muestra es porque el PEG es soluble en medios acuosos y permitiría la liberación de los BF, mientras que el PLA serviría como esqueleto para mantener la estructura del scaffold. Antes de realizar la creación de este tipo de fibras, se realizaran ensayos de electrospinning con fibras sencillas de PEG con BF para garantizar que se mantiene el carácter antibiótico. Tras este primer experimento, se realizará la mezcla con el PLA mediante la mezcla de diferentes tipos de fibras y mediante la creación de fibras con los tres componentes (PEG+PLA+BF). Si finalmente estas muestras otorgan un óptimo resultado en la liberación y en la biocompatibilidad, se probará de sintetizar la fibra coaxial. Cada tipo de muestra será caracterizada morfológicamente mediante microscopía electrónica y la composición superficial de éstas determinada por XPS. Se analizará las propiedades termodinámicas mediante calorimetría. Un análisis con técnicas de espectroscopía determinará el carácter cristalino de las muestras más óptimas así como su composición molecular. Tanto la biocompatibilidad como el carácter bactericida (inhibición del crecimiento, ciclos de vida y escalas de tiempo) será determinado mediante la exposición de las fibras en medios celulares y en colonias de bacterias respectivamente. Los BF utilizados serán Bacteriophagum Staphylococcicum Liquidum, los cuales habrán sido caracterizados previamente a la encapsulación en fibras (actividad antibiótica y concentración de BF en las muestras compradas). El trabajo experimental será acompañado de una tarea de búsqueda y seguimiento de las publicaciones realizadas relacionadas con BF y técnicas de electrospinning relacionadas con la liberación de fármacos. Finalmente, junto con la redacción del proyecto, se realizará una explicación en formato de publicación científica (en función de los resultados hallados).Los bacterio-fagos (BF) son agentes bactericidas que actúan con el mismo mecanismo utilizado por los virus en las células eucariotas. Este tipo de estrategia antibiótica se empezó a desarrollar a principios del S.XX, aunque tan solo el bloque soviético llego a invertir recursos de investigación durante la segunda mitad de siglo. Debido a la amenaza de futuras bacterias resistentes a los actuales métodos antibióticos, los BF reciben actualmente un renovado interés cuentico como substitutos a medio plazo. [1] El proyecto trata de investigar un método para liberar los BF en el cuerpo humano utilizando scaffolds biocompatibles. [2] Dichos scaffolds deben tener una alta relación entre superficie y volumen para una óptima liberación de los BF además de una alta porosidad para favorecer el crecimiento celular. Para ello se recurre a fibras de tamaños nanoscópicos y microscópicos. La forma empleada para sintetizar estas fibras cargadas de BF es mediante la técnica de electros-pinning. [3] Para garantizar la biocompatibilidad, se usara PEG y PLA para su fabricación. [4][5] Se intentará crear diferentes tipos de fibras y scaffolds. El objetivo principal es crear fibras coaxiales con un core de BF y PEG y un shell de PLA. El motivo de sintetizar este tipo de muestra es porque el PEG es soluble en medios acuosos y permitiría la liberación de los BF, mientras que el PLA serviría como esqueleto para mantener la estructura del scaffold. Antes de realizar la creación de este tipo de fibras, se realizaran ensayos de electrospinning con fibras sencillas de PEG con BF para garantizar que se mantiene el carácter antibiótico. Tras este primer experimento, se realizará la mezcla con el PLA mediante la mezcla de diferentes tipos de fibras y mediante la creación de fibras con los tres componentes (PEG+PLA+BF). Si finalmente estas muestras otorgan un óptimo resultado en la liberación y en la biocompatibilidad, se probará de sintetizar la fibra coaxial. Cada tipo de muestra será caracterizada morfológicamente mediante microscopía electrónica y la composición superficial de éstas determinada por XPS. Se analizará las propiedades termodinámicas mediante calorimetría. Un análisis con técnicas de espectroscopía determinará el carácter cristalino de las muestras más óptimas así como su composición molecular. Tanto la biocompatibilidad como el carácter bactericida (inhibición del crecimiento, ciclos de vida y escalas de tiempo) será determinado mediante la exposición de las fibras en medios celulares y en colonias de bacterias respectivamente. Los BF utilizados serán Bacteriophagum Staphylococcicum Liquidum, los cuales habrán sido caracterizados previamente a la encapsulación en fibras (actividad antibiótica y concentración de BF en las muestras compradas). El trabajo experimental será acompañado de una tarea de búsqueda y seguimiento de las publicaciones realizadas relacionadas con BF y técnicas de electrospinning relacionadas con la liberación de fármacos. Finalmente, junto con la redacción del proyecto, se realizará una explicación en formato de publicación científica (en función de los resultados hallados)

Disseny i construcció d'un muntatge d'imatge fotoacústica.

Photoacoustic Microscopy (PAM) is a novel imaging technique that is commonly used with samples composed by soft tissue and that can provide penetration beyond the optical diffusion limit while maintaining high resolution. By using a short-pulsed laser to irradiate the tissue, part of the light energy is converted into heat, which induces the formation of acoustic waves that propagate inside the tissue and can be detected through ultrasound transducers. In this way, the absorption coefficient can be used as a contrast property of the matter, allowing the mapping of biological and chemical information. The essence of this master thesis is the design and start up of a PAM setup. This report contains the explanation of the different steps performed before reaching this goal, together with a justification of the different decisions that were taken along its construction. Finally, the resulting device and its main features are shown and discussed.Microscopia fotoacústica (PAM) és una nova tècnica d'imatge que és comunment utilitzada amb mostres composades per matèria tova i que pot aconseguir una penetració mes enllà del límit de difusió optica mantenint una alta resolució. Utilitzant un làser pulsat per a irradiar el teixit, part de la llum es converteix en calor, el qual indueix la formació d'ones acústiques que es propaguen per l'interior del teixit y que poden ser detectades mitjançant transductors. D'aquesta manera, el coeficient d'absorció pot ser utilitzat com a propietat de contrast de la matèria, permetent el mapeig de informació biològica i química. L'essència d'aquesta tesis de màster és el disseny i la posada a punt d'un montatge de PAM. Aquest informe conté l'explicació dels diferents passos realitzats abans d'aconseguir aquest objectiu, juntament amb la justificació de les diferents decisions que s'han pres durant la seva construcció. Finalment es mostren el dispositiu resultant i les seves principals característiques

Fabrication of biocompatible polymeric nano- and micro-fibers loaded with bacteriophages

A phage-containing core-shel system based on polymeric nano- and micro-fibers will prepared by electrospinning. Phages will be loaded on poly(ethylen glycol) fibers during the electrospinning process. At same time, this core will be coated with an electroactive biodegradable shell made of a poly(ester urea)/poly(thiophene) blend. Both the loaded core and the shell will be produced in a single electrospinning step. After characterize the fibers at nanometer scale, their bactericidal efficency will be tested and compared with that of more conventional systems. Results will be disseminated to the scientific community as a paper or as a part of paper.Los bacterio-fagos (BF) son agentes bactericidas que actúan con el mismo mecanismo utilizado por los virus en las células eucariotas. Este tipo de estrategia antibiótica se empezó a desarrollar a principios del S.XX, aunque tan solo el bloque soviético llego a invertir recursos de investigación durante la segunda mitad de siglo. Debido a la amenaza de futuras bacterias resistentes a los actuales métodos antibióticos, los BF reciben actualmente un renovado interés cuentico como substitutos a medio plazo. [1] El proyecto trata de investigar un método para liberar los BF en el cuerpo humano utilizando scaffolds biocompatibles. [2] Dichos scaffolds deben tener una alta relación entre superficie y volumen para una óptima liberación de los BF además de una alta porosidad para favorecer el crecimiento celular. Para ello se recurre a fibras de tamaños nanoscópicos y microscópicos. La forma empleada para sintetizar estas fibras cargadas de BF es mediante la técnica de electros-pinning. [3] Para garantizar la biocompatibilidad, se usara PEG y PLA para su fabricación. [4][5] Se intentará crear diferentes tipos de fibras y scaffolds. El objetivo principal es crear fibras coaxiales con un core de BF y PEG y un shell de PLA. El motivo de sintetizar este tipo de muestra es porque el PEG es soluble en medios acuosos y permitiría la liberación de los BF, mientras que el PLA serviría como esqueleto para mantener la estructura del scaffold. Antes de realizar la creación de este tipo de fibras, se realizaran ensayos de electrospinning con fibras sencillas de PEG con BF para garantizar que se mantiene el carácter antibiótico. Tras este primer experimento, se realizará la mezcla con el PLA mediante la mezcla de diferentes tipos de fibras y mediante la creación de fibras con los tres componentes (PEG+PLA+BF). Si finalmente estas muestras otorgan un óptimo resultado en la liberación y en la biocompatibilidad, se probará de sintetizar la fibra coaxial. Cada tipo de muestra será caracterizada morfológicamente mediante microscopía electrónica y la composición superficial de éstas determinada por XPS. Se analizará las propiedades termodinámicas mediante calorimetría. Un análisis con técnicas de espectroscopía determinará el carácter cristalino de las muestras más óptimas así como su composición molecular. Tanto la biocompatibilidad como el carácter bactericida (inhibición del crecimiento, ciclos de vida y escalas de tiempo) será determinado mediante la exposición de las fibras en medios celulares y en colonias de bacterias respectivamente. Los BF utilizados serán Bacteriophagum Staphylococcicum Liquidum, los cuales habrán sido caracterizados previamente a la encapsulación en fibras (actividad antibiótica y concentración de BF en las muestras compradas). El trabajo experimental será acompañado de una tarea de búsqueda y seguimiento de las publicaciones realizadas relacionadas con BF y técnicas de electrospinning relacionadas con la liberación de fármacos. Finalmente, junto con la redacción del proyecto, se realizará una explicación en formato de publicación científica (en función de los resultados hallados).Los bacterio-fagos (BF) son agentes bactericidas que actúan con el mismo mecanismo utilizado por los virus en las células eucariotas. Este tipo de estrategia antibiótica se empezó a desarrollar a principios del S.XX, aunque tan solo el bloque soviético llego a invertir recursos de investigación durante la segunda mitad de siglo. Debido a la amenaza de futuras bacterias resistentes a los actuales métodos antibióticos, los BF reciben actualmente un renovado interés cuentico como substitutos a medio plazo. [1] El proyecto trata de investigar un método para liberar los BF en el cuerpo humano utilizando scaffolds biocompatibles. [2] Dichos scaffolds deben tener una alta relación entre superficie y volumen para una óptima liberación de los BF además de una alta porosidad para favorecer el crecimiento celular. Para ello se recurre a fibras de tamaños nanoscópicos y microscópicos. La forma empleada para sintetizar estas fibras cargadas de BF es mediante la técnica de electros-pinning. [3] Para garantizar la biocompatibilidad, se usara PEG y PLA para su fabricación. [4][5] Se intentará crear diferentes tipos de fibras y scaffolds. El objetivo principal es crear fibras coaxiales con un core de BF y PEG y un shell de PLA. El motivo de sintetizar este tipo de muestra es porque el PEG es soluble en medios acuosos y permitiría la liberación de los BF, mientras que el PLA serviría como esqueleto para mantener la estructura del scaffold. Antes de realizar la creación de este tipo de fibras, se realizaran ensayos de electrospinning con fibras sencillas de PEG con BF para garantizar que se mantiene el carácter antibiótico. Tras este primer experimento, se realizará la mezcla con el PLA mediante la mezcla de diferentes tipos de fibras y mediante la creación de fibras con los tres componentes (PEG+PLA+BF). Si finalmente estas muestras otorgan un óptimo resultado en la liberación y en la biocompatibilidad, se probará de sintetizar la fibra coaxial. Cada tipo de muestra será caracterizada morfológicamente mediante microscopía electrónica y la composición superficial de éstas determinada por XPS. Se analizará las propiedades termodinámicas mediante calorimetría. Un análisis con técnicas de espectroscopía determinará el carácter cristalino de las muestras más óptimas así como su composición molecular. Tanto la biocompatibilidad como el carácter bactericida (inhibición del crecimiento, ciclos de vida y escalas de tiempo) será determinado mediante la exposición de las fibras en medios celulares y en colonias de bacterias respectivamente. Los BF utilizados serán Bacteriophagum Staphylococcicum Liquidum, los cuales habrán sido caracterizados previamente a la encapsulación en fibras (actividad antibiótica y concentración de BF en las muestras compradas). El trabajo experimental será acompañado de una tarea de búsqueda y seguimiento de las publicaciones realizadas relacionadas con BF y técnicas de electrospinning relacionadas con la liberación de fármacos. Finalmente, junto con la redacción del proyecto, se realizará una explicación en formato de publicación científica (en función de los resultados hallados)

Antimicrobial activity of poly(ester urea) electrospun fibers loaded with bacteriophages

The capacity to load bacteriophages into electrospun nanofibers of two representative biocompatible polymers has been evaluated, paying special attention to the possibility of preserving their antibacterial activity. Specifically, the work involves the following steps: (a) Evaluation of the effect of the applied electrical field on the phage activity; (b) evaluation of the activity when a lyophilization process could be avoided by using water soluble polymers (e.g., poly(ethylene glycol); (c) evaluation of the activity when dissolution of the polymer requires an organic solvent and lyophilization is theoretically necessary. In this case, a poly(ester urea) (PEU) derived from the natural L-leucine amino acid has been considered. Adsorption of commercial bacteriophage preparations into calcium carbonate particles was demonstrated to be a promising methodology to avoid lyophilization and keep the initial bactericide activity at a maximum. Phagestaph and Fersis bacteriophage commercial preparations have been selected for this study due to their spPeer Reviewe

The Extremely Large Telescope (ELT) M1 Local Coherencer to phase mirror segments

The ELT M1 Local Coherencer is a non-contact metrology system aimed to simultaneously measure the relative pistons on the six sides of a target M1 segment with respect to neighboring ones (reference segments) with an accuracy below 300nm in a range of ±250µm. This measurement shall be performed while the Local Coherencer is supported by the M1 Segment Manipulator hanging from the M1 Segment Crane. IDOM has developed for the M1 Local Coherencer a lean, compact and robust solution featuring: - Six lightweight and compact Sensing Modules whose main system is a partially coherent light interferometer for the piston measurements that hugely simplifies image processing and avoids any ambiguity in the measurements. - Comprehensive and robust alignment detection and alignment compensation systems that ensure proper positioning and prevent apparent (bias) piston measurement errors. - A lean embodiment in which all the subsystems, including control and safety elements, are mounted on a single support structure and enclosed in the specified design volume, with no need to use the space reserved in the M1 Segment Manipulator - A solution largely based on small COTS and simple electronics, which account for ease of use, high reliability, easy replaceability and high durability of the system.Peer ReviewedPostprint (author's final draft