Capteur d'images intégré en mode courant et à résolution variable

RÉSUMÉ Que ce soit pour le divertissement, la recherche scientifique, la robotique ou nombre d'autres applications, les capteurs d’images sont des éléments déterminants pour les performances des systèmes auxquels ils se rattachent. En effet, ils constituent le premier élément dans la chaîne d'acquisition et de traitement de l'information. Aussi, les nouvelles applications de haute technologie rendent les spécifications auxquelles doivent se soumettre les capteurs de plus en plus contraignantes. C'est pourquoi le domaine de l'acquisition d'images est en constante évolution et qu'il est intéressant de s'y attarder. L'objectif du travail présenté est de concevoir un circuit d'acquisition d'images intégré présentant une interface entièrement numérique, une souplesse d'utilisation et qui soit applicable dans des situations variées sans compensation par pièces mécaniques ou optiques. ll doit être possible d'utiliser le capteur pour une large variété d'applications; toutefois, les principales contraintes prises en considération au cours de sa conception sont celles soumises par un système de stimulation intracorticale destiné aux victimes de cécité profonde. La première de ces contraintes est la nécessité de limiter l'énergie consommée par le système. Ensuite, pour pallier la faiblesse de la résolution de l'image qui peut être transmise au cerveau, un zoom est une fonctionnalité recherchée afin de pourvoir l'utilisateur du maximum d'information visuelle selon les conditions d'utilisation. En combinaison avec une matrice de cellules photosensibles comportant plus de pixels que l'image que l'on désire acquérir, une résolution variable permet de réaliser un véritable zoom électronique. Le fait d'effectuer cette opération au niveau même de la capture d'image plutôt que par un traitement numérique subséquent minimise le transfert et le traitement des données. Par conséquent, la consommation s'en voit diminuée. L'évaluation de la moyenne de la sortie de pixels adjacents permet de réduire la perte d'information associée à la réduction de la résolution par rapport à une approche de sous-échantillonnage de la matrice. Une première proposition de circuit répondant aux principales spécifications mentionnées plus haut est détaillée et les choix sont justifiés. La première caractéristique fondamentale du circuit est que le signal analogique est véhiculé en tout point en mode courant. Ceci permet au système de fonctionner à faible tension d'alimentation, minimisant ainsi la puissance dissipée. L'utilisation du mode courant est cependant peu répandue dans la littérature, puisque plusieurs éléments liés à la fabrication rendent la réponse significativement différente d'un pixel à l'autre, détériorant ainsi la qualité de l'image. Cette erreur, désignée « Fixed Pattern Noise (FPN) », est croissante avec la luminosité incidente. Une nouvelle technique de réduction de l'erreur, basée sur la méthode usuelle de double échantillonnage corrélé, mais où la sortie de chaque pixel est normalisée sur une échelle qui lui est propre à même la conversion analogique à numérique, élimine l'erreur linéaire de gain interpixel. Ceci permet de réduire le niveau d'erreur total sur toute la plage d'intensité lumineuse. Aussi, une méthode simple permettant l'évaluation instantanée de la valeur moyenne de groupes de 1x1, 2x2 ou 4x4 pixels, n'affectant pas le rapport signal sur bruit, est proposée et utilisée. Ceci procure trois niveaux de zoom au niveau de la capture d'image. Un circuit a été fabriqué afin de vérifier la fonctionnalité des modules proposés. Le circuit comporte différentes caractéristiques rendant possible la vérification des différents modules analogiques de façon indépendante. On présente aussi un système de tests dédié au capteur comprenant un circuit de mesures analogiques, un contrôleur externe implémenté sur un circuit programmable, ainsi qu'un logiciel d'interface permettant de commander les tests facilement à partir d'un ordinateur personnel. Le système a démontré la fonctionnalité de tous les blocs du capteur intégré. Il a permis, notamment, d'évaluer certaines caractéristiques du procédé utilisé en tant que capteur d'images. La technique de réduction du FPN proposée a été comparée avec la technique de double échantillonnage corrélé et confirme la validité de la méthode utilisée. Les observations expérimentales font aussi ressortir certaines limitations de l'approche proposée. En effet, la réduction du bruit n'est pas complète et il persiste des erreurs dues aux contributions non linéaires des différents éléments actifs des photocellules. L'approche en mode courant avec la méthode proposée de réduction du FPN se limite donc à des applications où une excellente qualité d'images n'est pas une nécessité. Aussi, on remarque que la présence d'un obturateur électronique réduit les plages dynamiques intrascène et interscène du capteur. Cette constatation est plus préoccupante dans le cas du stimulateur visuel considérant que ceci diminue les conditions de luminosité dans lesquelles peut être utilisé le capteur à un taux de lecture d'images donné. Une autre approche est alors proposée afin d'améliorer principalement la plage dynamique interscène de la caméra. Les modifications proposées améliorent aussi la souplesse d'utilisation du capteur en permettant des niveaux arbitraires de zoom. Ceci implique cependant l'utilisation d'une nouvelle architecture et d'un nouveau convertisseur. Des simulations sur ce dernier indiquent que le capteur proposé est en mesure d'atteindre un taux de lecture d'images de 30 Hz à résolution maximale, soit 128x128 pixels, tout en offrant une faible consommation. Des considérations pratiques importantes à appliquer lors de la réalisation d'un circuit mixte de taille importante sont aussi présentées. Ce travail constitue une première itération concluante dans le processus de conception et de réalisation d'un système d'acquisition d'image versatile et peu énergivore. Des efforts visant à améliorer la plage intrascène du capteur devraient permettre à court terme de réaliser une caméra intégrée particulièrement adaptée pour un système de stimulation du cortex visuel pour aveugles. CONTENU Généralités sur les capteurs d'images -- Captation lumineuse à l'aide de semi-conducteurs -- Capteurs d'images numériques -- Types de capteurs CMOS -- Techniques de réduction du FPN -- Exemples de fonctions spécialisées de capteurs CMOS -- Description du capteur -- Vue d'ensemble du système -- Description détaillée du système -- Système de caractérisation -- Capteur d'images de tests -- Description du système de tests -- Expérimentation et analyse

Microsystème implantable dédié à la stimulation du cortex visuel

Notions fondamentales au sujet des stimulateurs implantables -- La stimulation électrique fonctionnelle -- Généralités au sujet des stimulateurs implantables -- Restitution de la vision par la stimulation électrique fonctionnelle -- Le système visuel biologique -- Principes et historique des implants visuels -- Considérations spécifiques aux implants intra-corticaux -- Travaux de pointe dans le domaine -- Dispositifs implantables -- Liens inductifs -- Composants externes -- Travaux du laboratoire de neurotechnologies polystim -- Conception et validation du dispositif implantable -- Architecture globale de l'implant -- Module de stimulation -- Module d'interface -- Implémentation et résultats expérimentaux -- Faisabilité d'une prothèse complète sur la base de l'implant proposé -- Conception et validatin du contrôleur externe -- Optimisation au niveau de la puissance dissipée -- Description du système externe -- Implémentation et validation -- Système d'expérimentation in-vivo -- Parotocoles d'expérimentation comportementale -- Description du système expérimental -- Fabrication du système expérimental

Keratin 8 expression in colon cancer associates with low faecal butyrate levels

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Butyrate has been implicated in the mechanistic basis of the prevention of colorectal cancer by dietary fibre. Numerous in vitro studies have shown that butyrate regulates cell cycle and cell death. More recently we have shown that butyrate also regulates the integrity of the intermediate filament (IF) cytoskeleton <it>in vitro</it>. These and other data suggest a link between the role of diet and the implication of a central role for the keratin 8 (K8) as guardian of the colorectal epithelium.</p> <p>Methods</p> <p>In this cross-sectional study possible links between butyrate levels, field effects and keratin expression in cancer were addressed directly by analysing how levels of expression of the IF protein K8 in tumours, in adjacent fields and at a distant landmark site may be affected by the level of butyrate in the colon microenvironment. An immunohistochemical scoring protocol for K8 was developed and applied to samples, findings were further tested by immunoblotting.</p> <p>Results</p> <p>Levels of K8 in colorectal tumours are lower in subjects with higher levels of faecal butyrate. Immunoblotting supported this finding.Although there were no significant relationships with butyrate on the non-tumour tissues, there was a consistent trend in all measures of extent or intensity of staining towards a reduction in expression with elevated butyrate, consistent with the inverse association in tumours.</p> <p>Conclusions</p> <p>The data suggest that butyrate may associate with down-regulation of the expression of K8 in the cancerized colon. If further validated these findings may suggest the chemopreventive value of butyrate is limited to early stage carcinogenesis as low K8 expression is associated with a poor prognosis.</p

Industrial, Collaborative and Mobile Robotics in Latin America: Review of Mechatronic Technologies for Advanced Automation

Mechatronics and Robotics (MaR) have recently gained importance in product development and manufacturing settings and applications. Therefore, the Center for Space Emerging Technologies (C-SET) has managed an international multi-disciplinary study to present, historically, the first Latin American general review of industrial, collaborative, and mobile robotics, with the support of North American and European researchers and institutions. The methodology is developed by considering literature extracted from Scopus, Web of Science, and Aerospace Research Central and adding reports written by companies and government organizations. This describes the state-of-the-art of MaR until the year 2023 in the 3 Sub-Regions: North America, Central America, and South America, having achieved important results related to the academy, industry, government, and entrepreneurship; thus, the statistics shown in this manuscript are unique. Also, this article explores the potential for further work and advantages described by robotic companies such as ABB, KUKA, and Mecademic and the use of the Robot Operating System (ROS) in order to promote research, development, and innovation. In addition, the integration with industry 4.0 and digital manufacturing, architecture and construction, aerospace, smart agriculture, artificial intelligence, and computational social science (human-robot interaction) is analyzed to show the promising features of these growing tech areas, considering the improvements to increase production, manufacturing, and education in the Region. Finally, regarding the information presented, Latin America is considered an important location for investments to increase production and product development, taking into account the further proposal for the creation of the LATAM Consortium for Advanced Robotics and Mechatronics, which could support and work on roboethics and education/R+D+I law and regulations in the Region. Doi: 10.28991/ESJ-2023-07-04-025 Full Text: PD

The Importance of pH in Regulating the Function of the Fasciola hepatica Cathepsin L1 Cysteine Protease

The helminth parasite Fasciola hepatica secretes cathepsin L cysteine proteases to invade its host, migrate through tissues and digest haemoglobin, its main source of amino acids. Here we investigated the importance of pH in regulating the activity and functions of the major cathepsin L protease FheCL1. The slightly acidic pH of the parasite gut facilitates the auto-catalytic activation of FheCL1 from its inactive proFheCL1 zymogen; this process was ∼40-fold faster at pH 4.5 than at pH 7.0. Active mature FheCL1 is very stable at acidic and neutral conditions (the enzyme retained ∼45% activity when incubated at 37°C and pH 4.5 for 10 days) and displayed a broad pH range for activity peptide substrates and the protein ovalbumin, peaking between pH 5.5 and pH 7.0. This pH profile likely reflects the need for FheCL1 to function both in the parasite gut and in the host tissues. FheCL1, however, could not cleave its natural substrate Hb in the pH range pH 5.5 and pH 7.0; digestion occurred only at pH≤4.5, which coincided with pH-induced dissociation of the Hb tetramer. Our studies indicate that the acidic pH of the parasite relaxes the Hb structure, making it susceptible to proteolysis by FheCL1. This process is enhanced by glutathione (GSH), the main reducing agent contained in red blood cells. Using mass spectrometry, we show that FheCL1 can degrade Hb to small peptides, predominantly of 4–14 residues, but cannot release free amino acids. Therefore, we suggest that Hb degradation is not completed in the gut lumen but that the resulting peptides are absorbed by the gut epithelial cells for further processing by intracellular di- and amino-peptidases to free amino acids that are distributed through the parasite tissue for protein anabolism

Mapping of the Disease Locus and Identification of ADAMTS10 As a Candidate Gene in a Canine Model of Primary Open Angle Glaucoma

Primary open angle glaucoma (POAG) is a leading cause of blindness worldwide, with elevated intraocular pressure as an important risk factor. Increased resistance to outflow of aqueous humor through the trabecular meshwork causes elevated intraocular pressure, but the specific mechanisms are unknown. In this study, we used genome-wide SNP arrays to map the disease gene in a colony of Beagle dogs with inherited POAG to within a single 4 Mb locus on canine chromosome 20. The Beagle POAG locus is syntenic to a previously mapped human quantitative trait locus for intraocular pressure on human chromosome 19. Sequence capture and next-generation sequencing of the entire canine POAG locus revealed a total of 2,692 SNPs segregating with disease. Of the disease-segregating SNPs, 54 were within exons, 8 of which result in amino acid substitutions. The strongest candidate variant causes a glycine to arginine substitution in a highly conserved region of the metalloproteinase ADAMTS10. Western blotting revealed ADAMTS10 protein is preferentially expressed in the trabecular meshwork, supporting an effect of the variant specific to aqueous humor outflow. The Gly661Arg variant in ADAMTS10 found in the POAG Beagles suggests that altered processing of extracellular matrix and/or defects in microfibril structure or function may be involved in raising intraocular pressure, offering specific biochemical targets for future research and treatment strategies

Early Release Science of the exoplanet WASP-39b with JWST NIRISS

Transmission spectroscopy provides insight into the atmospheric properties and consequently the formation history, physics, and chemistry of transiting exoplanets. However, obtaining precise inferences of atmospheric properties from transmission spectra requires simultaneously measuring the strength and shape of multiple spectral absorption features from a wide range of chemical species. This has been challenging given the precision and wavelength coverage of previous observatories. Here, we present the transmission spectrum of the Saturn-mass exoplanet WASP-39b obtained using the SOSS mode of the NIRISS instrument on the JWST. This spectrum spans $0.6 - 2.8 \mu$m in wavelength and reveals multiple water absorption bands, the potassium resonance doublet, as well as signatures of clouds. The precision and broad wavelength coverage of NIRISS-SOSS allows us to break model degeneracies between cloud properties and the atmospheric composition of WASP-39b, favoring a heavy element enhancement ("metallicity") of $\sim 10 - 30 \times$ the solar value, a sub-solar carbon-to-oxygen (C/O) ratio, and a solar-to-super-solar potassium-to-oxygen (K/O) ratio. The observations are best explained by wavelength-dependent, non-gray clouds with inhomogeneous coverage of the planet's terminator.Comment: 48 pages, 12 figures, 2 tables. Under review at Natur

A broadband thermal emission spectrum of the ultra-hot Jupiter WASP-18b

Close-in giant exoplanets with temperatures greater than 2,000 K (''ultra-hot Jupiters'') have been the subject of extensive efforts to determine their atmospheric properties using thermal emission measurements from the Hubble and Spitzer Space Telescopes. However, previous studies have yielded inconsistent results because the small sizes of the spectral features and the limited information content of the data resulted in high sensitivity to the varying assumptions made in the treatment of instrument systematics and the atmospheric retrieval analysis. Here we present a dayside thermal emission spectrum of the ultra-hot Jupiter WASP-18b obtained with the NIRISS instrument on JWST. The data span 0.85 to 2.85 $\mu$m in wavelength at an average resolving power of 400 and exhibit minimal systematics. The spectrum shows three water emission features (at $>$6$\sigma$ confidence) and evidence for optical opacity, possibly due to H$^-$, TiO, and VO (combined significance of 3.8$\sigma$). Models that fit the data require a thermal inversion, molecular dissociation as predicted by chemical equilibrium, a solar heavy element abundance (''metallicity'', M/H = 1.03$_{-0.51}^{+1.11}$ $\times$ solar), and a carbon-to-oxygen (C/O) ratio less than unity. The data also yield a dayside brightness temperature map, which shows a peak in temperature near the sub-stellar point that decreases steeply and symmetrically with longitude toward the terminators.Comment: JWST ERS bright star observations. Uploaded to inform JWST Cycle 2 proposals. Manuscript under review. 50 pages, 14 figures, 2 table

Demonstration of Protein-Based Human Identification Using the Hair Shaft Proteome

YesHuman identification from biological material is largely dependent on the ability to characterize genetic polymorphisms in DNA. Unfortunately, DNA can degrade in the environment, sometimes below the level at which it can be amplified by PCR. Protein however is chemically more robust than DNA and can persist for longer periods. Protein also contains genetic variation in the form of single amino acid polymorphisms. These can be used to infer the status of non-synonymous single nucleotide polymorphism alleles. To demonstrate this, we used mass spectrometry-based shotgun proteomics to characterize hair shaft proteins in 66 European-American subjects. A total of 596 single nucleotide polymorphism alleles were correctly imputed in 32 loci from 22 genes of subjects’ DNA and directly validated using Sanger sequencing. Estimates of the probability of resulting individual non-synonymous single nucleotide polymorphism allelic profiles in the European population, using the product rule, resulted in a maximum power of discrimination of 1 in 12,500. Imputed non-synonymous single nucleotide polymorphism profiles from European–American subjects were considerably less frequent in the African population (maximum likelihood ratio = 11,000). The converse was true for hair shafts collected from an additional 10 subjects with African ancestry, where some profiles were more frequent in the African population. Genetically variant peptides were also identified in hair shaft datasets from six archaeological skeletal remains (up to 260 years old). This study demonstrates that quantifiable measures of identity discrimination and biogeographic background can be obtained from detecting genetically variant peptides in hair shaft protein, including hair from bioarchaeological contexts.The Technology Commercialization Innovation Program (Contracts #121668, #132043) of the Utah Governors Office of Commercial Development, the Scholarship Activitie

withdrawn 2017 hrs ehra ecas aphrs solaece expert consensus statement on catheter and surgical ablation of atrial fibrillation

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