INANOE Repositorio (Inst- Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
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Diseño del acoplamiento óptico para un detector MIR con un telescopio Ritchey-Chretien
Get PDFEstudiar diferentes configuraciones para acoplar un detector en el infrarrojo medio con un telescopio de catálogo tipo Ritchey-Chretien para obtener un campo de visión de 30 minutos de arco. Esto, para cubrir la mayor parte del disco Solar en dirección Norte-Sur, hacia la que orientaremos el lado corto del detector de forma rectangular, con lo cual, el lado más largo del detector, orientado en dirección Este-Oeste abarcaría un campo que incluye el cielo. Simulamos acoplamientos con diferentes componentes ópticas, tanto de lentes como de espejos. Se obtuvieron los patrones de difracción de cada acoplamiento propuesto y se calculó el flujo de energía recibida por el detecto
Visualización y localización de vasos sanguíneos profundos in-vitro mediante el procesamiento digital de imágenes de speckle
Get PDFDe acuerdo con Wang [1], el cuerpo humano está constituido por diferentes niveles: atómico, molecular, celular, anatómico y cuerpo integro. El nivel anatómico está compuesto por tejido muscular, adiposo, óseo, piel, órganos y vísceras. Para que los elementos que se encuentran dentro del cuerpo humano se mantengan en buen funcionamiento los nutrientes y oxigeno son transportados en la sangre, la cual viaja por tubos a través de todo el cuerpo humano [2]. Estos tubos son conocidos como arterias o venas las cuales tienen diferentes tamaños y diámetros. Su funcionamiento principal es llevar la sangre a todos los órganos del cuerpo y transportarla de regreso al corazón [3]. La sangre viaja en las venas y arterias en forma de una sustancia liquida rojiza, opaca y espesa. A esa circulación de la sangre se le conoce como flujo sanguíneo, el cual está definido como el volumen de sangre que atraviesa la sección transversal de un vaso por unidad de tiempo [2]. El flujo sanguíneo es considerado uno de los parámetros más importantes de la función cardiovascular, ya que mediante este se puede determinar qué cantidad de sangre circula a través de un órgano, el tamaño de los vasos sanguíneos y su funcionamiento (obstrucciones, rigidez, etc.) [4]. Debido a que la sangre viaja a través de todo el cuerpo (Fig. 1a), esta se ve afectada por: alguna enfermedad (Fig. 1b), efectos secundarios de algún medicamento, por la falta de algún nutriente, etc [2]
Desarrollo de una fuente de fotones entrelazados para la distribución cuántica de claves secretas
Get PDFThis doctoral research project presents a proposal for a system for the quantum distribution of secret keys by means of an entangled photon source. To achieve this goal, the following tasks will be carried out: the optimization of the thickness of the layers of a rectifier diode based on thin films, the design of a generator crystal with integrated waveguides, the design of the appropriate source of excitation of the crystal and the design of the coupling of the system for the generation of entangled photons. Theoretical numerical optimizations of the elements that make up the source and the couplings with the propagation devices of the system will have to be performed. In particular, the system should not have moving parts and of such dimensions that it can be implemented inside small artificial satellites to form a quantum optical communication channel in space. Once the system has been developed, it can be used in a cryptographic protocol with quantum information exchange.En este proyecto de investigación doctoral se presenta una propuesta de un sistema para la distribución cuántica de claves secretas mediante una fuente de fotones entrelazados. Para lograr esta meta empezaremos con las siguientes tareas: la optimización del espesor de las capas de un diodo rectificador con base en películas delgadas y el diseño de la fuente láser múltiple de alta potencia estable de excitación del cristal para la generación de fotones entrelazados. Se tendrán que realizar las optimizaciones teórico numérico de estos elementos que conforman el sistema y los acoplamientos con los dispositivos de propagación. En particular, el sistema no deber´a de tener partes móviles y de dimensiones tales que pueda ser implementado dentro de satélites artificiales pequeños para formar un canal de comunicación óptico cuántico en el espacio. La integración y exploración del sistema en general se realizar´a desde una perspectiva de alcances y planeación para futuros proyectos. Una vez desarrollado el sistema podrá ser empleado en un protocolo criptográfico con intercambio de información cuántica
Para-particles and Quantum Walks in trapped ions
Get PDFQuantum simulations provide a useful tool to study a broad range of problems in physics, chemistry, and biology. Trapped ions are a versatile quantum simulator and a main contender for a universal circuit model quantum computer. They provide a highly controllable quantum environment, which grants access to measure phenomena in regimes that are not otherwise accessible in nature. Here, our aim is to show particular examples of quantum physics simulations with a trapped ion quantum computer/simulator. On one hand, we will focus on the simulation of para-particle oscillators; that is, a parity-deformed harmonic oscillator characterized by an order parameter. These oscillators generalize the standard Fermi-Dirac and Bose-Einstein statistics associated with fermions and bosons to para-particles. We realize a method for simulating and characterizing these alternative particles using a trapped-ion experiment. The combination of the Jaynes-Cummings and anti-Jaynes Cummings dynamics present in a trapped ion coupled to multiple modes of motion simultaneously allows us to recover effective Hamiltonians which create a system analogous to para-Fermi or para-Bose oscillators. Trapped ions are a versatile quantum simulator and a main contender for a universal circuit model quantum computer. We use both of these flavors in this project, simulating para-Bosons digitally and para-Fermions directly by tailoring the native ion-mode couplings. We discuss the mapping steps and the latest experimental results. On the other hand, quantum walks provide a powerful framework for quantum simulation of physical systems. As a result, the community has been keen to see first implementations demonstrated, including single-particle relativistic quantum mechanics governed by the Dirac equation. Then, continuing with quantum circuit applications, our work presents a first programmable circuit implementation of quantum walks in one-dimensional space on a trapped-ion processor and its time-evolution up to five steps. The connection between quantum walks and Dirac cellular automata, a modeling framework for complex systems made up of simpler units, allows us to recover the characteristic spreading probability of an initially localized relativistic Dirac particle for different values of its mass. Due to a resource-efficient mapping of qubit states to walker positions, we achieve a high simulation performance despite going to deep quantum circuits (of up to 32 entangling gates)
Metodología y diseño de un filtro de microondas tipo pasa banda con ceros de transmisión utilizando el retardo de grupo
Get PDFCoupled-resonators microwave filters consist of a resonators array that resonate at stablished operation frequency. The couplig theory states that when two resonators are coupled at the same frequency they present a simple synchronous coupling but, when more than two resonators are coupled at the same frequency then they present a cross syncrhonous coupling. Cross couplings are important because introduce the transmission zeros to the filter response in order to improve its selectivity. Design methodology proposed by John Ness for bandpass filters is based on Group Delay which is widely used and effective on coupled-resonator microwave filter design with simple couplings. Is important to note that Ness methodology does not allow the introduction of transmission zeros to filter response, since it does not consider cross couplings. In this tesis work, is presented a new methodology based on Group Delay which allows the design of of fourth order microwave bandpass filters with a cross coupling, Chebyshev response and controled transmission zeros. The proposed methodology was tested successfully for one microstrip bandpass filter with an operating frequency of 2.45 GHz for short-range wireless communication such as bluetooth. The filter has a pair of transmission zeros located at 2.3 GHz and 2.6 GHz which are established by cross coupling.Los filtros de microondas de resonadores acoplados consisten en un arreglo de resonadores que resuenan a una frecuencia de operación establecida. En la teoría de acoplamientos, cuando dos resonadores se acoplan a la misma frecuencia, se dice que presentan un acoplamiento simple síncrono; pero cuando mas de dos resonadores se acoplan a la misma frecuencia se dice que existen acoplamientos cruzados entre ellos. Los acoplamientos cruzados son de gran importancia porque se utilizan para agregar ceros de transmisión a la respuesta del filtro, lo cual mejora su selectividad. La metodología de diseño propuesta por John Ness para filtros pasa banda se basa en el GD, la cual es ampliamente utilizada por su eficacia en el diseño de filtros de microondas basados en resonadores con acoplamientos simples. Es importante mencionar que la metodología de Ness no permite introducir ceros de transmisión ya que no toma en cuenta los acoplamientos cruzados. En este trabajo de tesis, se presenta una nueva metodología basada en el GD que permite diseñar filtros de microondas tipo pasa banda de cuarto orden que incluyen un acoplamiento cruzado, con respuesta Chebyshev y con ceros de transmisión controlados. La metodología propuesta fue comprobada exitosamente para un filtro pasa banda en tecnología de microcinta que opera a la frecuencia de 2.45 GHz, la cual corresponde a esquemas de comunicación inalámbrica de corto alcance como Bluetooth. El filtro tiene un par de ceros de transmisión situados en 2.3 GHz y 2.6 GHz los cuales son establecidos mediante un acoplamiento cruzado
Detection and classification of the nuclear cataract with computational intelligence methods
No full textA nuclear cataract is an eye disease affecting a large amount of the planet’s population at an advanced age. An exhaustive eye examination through a slit lamp by an ophthalmologist detects the presence and the extent of a cataract. In the last decade, some methods using computational intelligence have been developed to solve the automatic cataract classification problem. Image processing techniques do the job of extracting certain features from the image. Subsequently, the classification is done using classical methods of computational intelligence, fed with the previously extracted characteristics, such as multilayer perceptron (MLP) or support vector machines (SVM). The traditional machine learning approach is still prevalent, and many commercial medical image systems rely on this basis. Still, it requires manual or handcrafted feature extraction by an expert. Moreover, the use of high-accuracy and complex ANN-structures, like deep learning, lead to an automatic definition of high- level features. To solve classification problems, systems designed entirely by humans have evolved into systems that automatically learns features for the problem at hand. With the improvement of data processing technology, computing power and deep architectures, the levels of accuracy have been increased due to the possibility of extract high-order features. In this thesis, a novel and specialized framework based on a deep architecture is proposed, from which we can reach high classification accuracy. Also, we compare the proposed deep network with some famous deep network architectures, like AlexNet, GoogLeNet and also with traditional classifiers, such as ANN and SVM. The research framework includes a structural analysis of our proposed network performing the principal component analysis to minimize the number of layers and parameters. The experimental results of this system based on a con- volutional neural network provide promising and competitive results to the existing investigations for this classification problem. Besides, this framework shows us that systems based on deep architectures have a great potential to deal with the problem of classification of medical images
Localización del robot NAO usando flujo óptico para la estimación de profundidad
Get PDFThe importance of a robot being able to locate itself in an environment lies in the ability to interact with the environment without any kind of physical damage. Thus, as to know the objects and their characteristics. It is clear that locating and navigating is trivial for a person, but for a robot this task becomes complex. That is why it is proposed a method based on monocular vision for metric navigation of the NAO robot, without the need to add additional hardware to the device. One of the main challenges in the field of robotics is autonomous navigation with a single camera in which the images of the camera are processed frame by frame. However, due to the erratic movement itself that produces a robotic system, such as the case of the NAO robot, which is an example of a robotic platform that generates an oscillatory movement when walking, it is not possible to obtain clear images without noise to be analyzed correctly in later processes, therefore this remains a challenge under the erratic movements typical of robots in motion.La importancia de que un robot sea capaz de localizarse en un entorno radica en la capacidad de lograr interactuar con el medio sin que exista algún tipo de daño físico. Así, como de conocer los objetos y sus características. Es claro que localizarse y navegar resulta trivial para una persona, pero para un robot esta tarea se vuelve compleja. Es por ello que se propone un método basado en visión monocular para la navegación métrica del robot NAO, sin necesidad de agregar hardware adicional al dispositivo. Uno de los principales desafíos dentro del campo de la robótica es la navegación autónoma con una sola cámara en la que las imágenes de la cámara se procesan fotograma a fotograma. Sin embargo, debido al propio movimiento errático que produce un sistema robótico, como el caso del robot NAO, el cual es un ejemplo de una plataforma robótica que genera un movimiento oscilatorio cuando camina, no es posible obtener imágenes claras y sin ruido para ser analizadas correctamente en procesos posteriores, por ello esto sigue siendo un desafío bajo los movimientos erráticos típicos de los robots en movimiento
Quadrotor Flight in Constrained Indoor Environments
Get PDFNowadays, advances in sensor, actuator, and processing technologies have permitted to shrink rotorcraft down to a micro-scale. Thanks to their hovering capability and high maneuverability, micro rotorcraft, classified as micro aerial vehicles (MAVs), are well suited for operating within constrained indoor environments. The autonomous navigation of these vehicles in such environments is a challenge for two main reasons. First, due to payload and energy restrictions, a MAV is equipped with the least quantity of sensors. Second, operation within a constrained environment will place a MAV close to objects, which will induce aerodynamic interactions. The most studied aerodynamic interaction is the ground effect, which can be explained as the cushion of air under the vehicle when it flies closely over a rigid surface. In this thesis, we propose a novel approach for rejecting disturbances induced by the ground effect. To retrieve the position of the vehicle, we employ a monocular camera, which is a lightweight and energy-efficient sensor. Also, we provide experimental evidence that the ground effect induces sensor faults. For that reason, we develop the approach as a faulttolerant control scheme, which consists of a detection strategy and mitigation strategy. We assume a hierarchical control structure for trajectory tracking. Specifically, we assume that the nominal control structure consists of an external PD controller and an internal PI controller. In experimental tests, we found that the sensor faults occur on the inner loop, which we counteract in the outer loop by switching between control actions. In a novel approach, we use a metric monocular SLAM algorithm for detecting internal faults. We design the fault detection scheme as a logical process that depends on the weighted residual between inner and outer estimations. Furthermore, we propose two control strategies for fault mitigation. The first combines the external PD controller and a function of the residual (FTC 1). The second treats the sensor fault as an actuator fault and compensates with a sliding mode action (FTC 2). In either case, we utilize onboard sensors only. We evaluate the effectiveness of the strategies in simulations and experiments. The experimental results show that FTC 1 surpasses FTC 2. Finally, we explore the usage of optical flow estimations for the detection and mitigation of the ground effect
Interoperabilidad GNSS usando la Red Geodésica Activa
No full textA complete automatic user application to show Dilution of Precision (DOP) values for a group of satellites from one or more GNSS constellations visible to a receiver on Earth has been designed and implemented. This user app, which is possible because of the interoperability among GNSS systems, gives an evaluation of positioning improvement by calculating the DOP using all available GNSS constellations. The application testing was possible using the National Active Geodetic Network of Mexico, which provides several positioning services. One of those services is in the form of RINEX files every 15 seconds for the entire territory and therefore, the DOP is obtained for that specific period. International agreements on the interoperability of GNSS reached in the International Committee on GNSS have allowed improvements of positioning services. Thus, on the one hand, active geodetic networks around the globe can be used to use GNSS system interoperability and, on the other hand, signal interoperability will very soon provide practical real time positioning almost universally. Multi-agent drones and automatic guidance for aircraft landings are among the many modern uses for the high precision navigation services made possible by interoperability. Therefore, there is a need for methods and algorithms to evaluate the improvement in GNSS positioning when using interoperability. This thesis presents a software development whose purpose is to determine the improvement in positioning due to the interoperability among the GPS, GLONASS and GALILEO systems. The developed methodology works autonomously to strip all position information provided by each RINEX file and automatically obtains the DOP for all satellites of the three constellations that are in the field of view of the receiver for each reference point of the active network.Se ha diseñado e implementado una aplicación de usuario completamente automática para mostrar los valores de Dilución de Precisión (DOP) para un grupo de satélites de una o más constelaciones GNSS visibles para un receptor en la Tierra. Esta aplicación de usuario, que es posible debido a la interoperabilidad entre sistemas GNSS, ofrece una evaluación de la mejora del posicionamiento mediante el cálculo del DOP utilizando todas las constelaciones GNSS disponibles. La prueba de la aplicación fue posible utilizando la Red Geodésica Nacional Activa de México, que brinda varios servicios de posicionamiento. Uno de esos servicios es en forma de archivos RINEX cada 15 segundos para todo el territorio por lo que se obtiene el DOP para ese período específico. Los acuerdos internacionales sobre interoperabilidad de GNSS alcanzados en el IGC han permitido mejorar los servicios de posicionamiento. Así, por un lado, las redes geodésicas activas de todo el mundo pueden ocuparse para utilizar la interoperabilidad del sistema GNSS. Los drones multiagente y la guía automática para aterrizajes de aeronaves se encuentran entre los muchos usos modernos de los servicios de navegación de alta precisión que la interoperabilidad hace posible. Por lo tanto, se necesitan métodos y algoritmos para evaluar la mejora en el posicionamiento GNSS cuando se usa la interoperabilidad. En esta tesis se presenta el desarrollo de software cuyo propósito es determinar la mejora en el posicionamiento debido a la interoperabilidad entre los sistemas GPS, GLONASS y GALILEO. La metodología desarrollada trabaja de manera autónoma para despojar toda la información de posición proporcionada por cada archivo RINEX y automáticamente obtiene el DOP para todos los satélites de las tres constelaciones que se encuentran en el campo de visión del receptor para cada punto de referencia de la red activa
Deep Representation Learning with Genetic Programming
Get PDFIn this thesis, we propose the development of a new Deep Learning (DL) model based on the Genetic Programming (GP) framework. Although DL is typically considered a machine learning (ML) field solely concerned with certain class of artificial neural networks (ANNs), in this thesis we approach DL as a paradigm shift, where the two classical stages of a ML workflow, i.e. feature extraction and prediction, are fusioned in a single ML algorithm, represented by an unified pipeline composed of non-linear transformations. Our literature review, that revolves around recent efforts from the research community at developing new DL architectures that depart from the classical ANN-based models, supports our point of view. As result from our research, we propose two GP-based DL models, one for unsupervised learning and another for supervised learning. The unsupervised learning model consists in a GP framework aimed at evolving autoencoder algorithms. To the best of the author’s knowledge, this is the first time autoencoder algorithms are generated though a ML model other than ANNs. The performance obtained by the evolved autoencoders is comparable to the performance of deep networks proposed ten years ago; nevertheless, we consider the GP framework more general than that of ANNs, due to the fact that GP searchs for the entire solution’s structure, whereas in the ANNs framework only the weights are optimized, hence the relevance of this result.En esta tesis se propone el desarrollo de un nuevo modelo de aprendizaje profundo basado en el entorno de trabajo de Programación Genética (PG). Aunque el aprendizaje profundo es normalmente considerado una área concerniente exclusivamente al estudio de cierto de tipo de redes neuronales artificiales, en esta tesis se aborda el aprendizaje profundo como un cambio de paradigma, en donde las dos etapas clásicas de una solución basada en aprendizaje maquina, i.e. la extracción de características y la predicción, se fusionan en un solo algoritmo de aprendizaje, representado por una estructura única compuesta por una secuencia de transformaciones no-lineales. La revisión de literatura que se presenta en esta tesis defiende esta nueva perspectiva, al presentar nuevos modelos de aprendizaje profundo propuestos recientemente en la literatura científica, que no basan su implementación en el uso de redes neuronales artificiales. Como resultado de esta investigación, se proponen dos modelos de aprendizaje profundo basados en PG, uno para aprendizaje no supervisado y otro para aprendizaje supervisado. El modelo propuesto para aprendizaje no supervisado consiste en un método basado en PG para la evolución de algoritmos autocodificantes. De acuerdo a la experiencia del autor de esta tesis, esta es la primera vez que algoritmos autocodificantes se obtienen mediante un modelo de aprendizaje maquina distinto al de las redes neuronales artificiales. El rendimiento obtenido por los algoritmos autocodificantes generados mediante PG es comparable a los que obtenían las redes neuronales profundas de hace diez anos; sin embargo, nosotros consideramos que el marco de trabajo de la PG es mas general que el de las redes neuronales artificiales, dado que no solamente se busca un vector de pesos, sino toda la estructura de la solución, y que ahí radica la relevancia de este resultado