INANOE Repositorio (Inst- Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
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An advanced spectrum analysis of optical signals using the non-collinear three phonon light scattering
No full textThe unexpected features of square-law nonlinearity inherent in the non-collinear three-phonon acousto-optical interaction controlled by elastic waves of finite amplitude in birefringent crystals with linear acoustic attenuation are distinguished and investigated. They lead to breakthrough applications of strongly nonlinear three-phonon interaction to linear optical spectrum analysis with ~100% efficiency and qualitatively improved resolution. Principally new physical degree of freedom, unique for this nonlinear phenomenon, is revealed and characterized. The indispensable theoretical developments and proof-of-principle acousto-optical experiments with specially designed wide-aperture tellurium dioxide cell are presented. The obtained experimental results confirm the elaborated approaches promising potentially the highest possible spectral resolution that one can expect in principle from acousto-optical technique within optical spectrum analysis
SCI-HI: development, testing and characterization of a 21 cm all-sky spectrum experiment
No full textThe cosmological timing of the Dark Ages (the epoch before the formation of the first collapsed objects) and the re-ionization epoch (EoR; the epoch when the intergalactic medium is ionized) has remained poorly constrained. A direct approach to constraining the Dark Ages and the EoR may be provided by the detection of the 21cm (1420 MHz) hyperfine line of neutral hydrogen (HI) redshifted to frequencies below 200 MHz. This thesis presents the theoretical and practical search for a radioquiet site to observe the signal, including the development of an automatic site testing instrument. The design, prototype and field testing of an ultra-wideband antenna. And the implementation of a Fourier-transform spectrometer to perform field observations at Guadalupe Island
Control de propagación de luz en medios altamente esparcidores utilizando FPGAs.
Get PDFEn este trabajo se analiza la propagación de luz a través de medios altamente esparcidores, se
busca controlar la propagación de forma experimental mediante algoritmos de modulación de
fase. El objetivo del algoritmo es buscar la fase óptima del haz de entrada al medio esparcidor
de tal forma que dicha fase compense los desfases introducidos por dicho medio, y así formar
imágenes depués de atravesarlo. La implementación del algortimo se lleva a cabo usando un
modulador de fase (SLM) y un arreglo de compuertas programables(FPGA) que realizarán el
procesamiento y control del SLM y la cámara con el fin de reducir tiempo de procesamiento
Método de autentificación óptica utilizando funciones físicas inclonables
Get PDFEn el presente trabajo se construyo un método de autentificación óptica.
Utilizando funciones fisicas inclonables, es decir, que no se pueden clonar.
Para que el método funcione se requiere recolocar la llave con una precisión de
micrómetros. Para esto se construyó un arreglo robusto de alta repetibilidad.
Con el mismo fin se diseñó e implementa un algoritmo que busca la posición
correcta de la llave. Una vez que se encuentra la mejor posición, el sistema
se ajusta a sí mismo antes de leer la llave. El sistema construido es portátil,
siendo de dimensiones de una caja de botas, un peso de 4,5kg. Además que
se transportó en un automovil particular en una ocasión una distancia de
372km y en otra ocasión 278km sin desalinearse. Con esto se demuestra
que se puede construir un método de autentificación óptica de portátil, alta
seguridad y fidelidad
Fuentes quasi-puntuales en la restauración del desenfoque de imágenes en microscopia
Get PDFEn este trabajo se presentan resultados obtenidos en el proceso de restauración de imágenes desenfocadas, utilizando un método óptico-digital basado en el concepto de fuente quasi-puntual (qps). La parte esencial del método consiste en la caracterización del sistema óptico, en este caso un microscopio, usando la imagen de una qps, para diferentes cantidades de desenfoque. Se presenta una evaluación numérica de la calidad de las restauraciones conseguidas empleando dos diferentes criterios, el de la desviación del valor cuadrático medio y el de la entropía cruzada. Para ampliar la investigación referente a este método de restauración de imágenes, se obtienen resultados utilizando ambos tipo de iluminación, (coherente e incoherente) para generar la imagen de las qps. Después de adquirir resultados empleando tanto las qps generadas con luz coherente como con luz incoherente, se realiza un análisis numérico de la calidad de cada imagen restaurada, para determinar las ventajas que tiene cada tipo de iluminación. Una vez que se han conseguido restauraciones utilizando el objetivo de microscopio de 4X(0.10), se obtienen también resultados usando un objetivo de 10X(0.3) y uno de 20X(0.5). Estos resultados se comparan con los obtenidos al emplear dos procesos de restauración reportados por otros autores
Encriptador de señal mediante osciladores caóticos implementados en FPGA
Get PDFActualmente, los sistemas caóticos son comúnmente utilizados en el campo de la
ingeniería. Una de las principales estructuras utilizadas es el generador de señales
basadas en señales caóticas. Estos generadores tienen un rol importante en el área de
comunicación y criptología ya que tienen las características de ser procesos evolutivos
complicados y poseer alta aleatoriedad.
En el presente trabajo se desarrolla e implementa una comunicación segura y
confiable entre dos o más dispositivos, por medio del uso de una señal caótica del
tipo sistema Lorenz como codificador. La codificación se lleva a cabo mediante el uso
de FPGAs, los cuales generan oscilaciones caóticas sincronizadas. Dichas oscilaciones
se utilizan para enmascarar los datos, encriptándolos. La comunicación entre estos
dispositivos se logra conectando módulos inalámbricos XBee a cada uno de ellos. En
dicha comunicación, se trasmite un archivo desde una PC a otra usando el protocolo
RS232 hacia los FPGAs. Finalmente se realizaron pruebas enviando distintos archivos
a los cuales se les realizó un análisis de correlación, tanto al archivo recibido como al
canal encriptado, para asegurar la integridad de los datos y su nivel de encriptación
Mejoramiento en tiempo real de mapas 3D poco densos mediante superpixeles
Get PDFIn this work we address the problem of 3D mapping of environments with large textureless regions, which generates sparse 3D maps that may not represent well the mapped scene. To deal with this problem, we propose to enhance sparse 3D maps by using a superpixel-based segmentation with the aim of generating denser 3D maps of the scene in real time. This can be exploited in virtual reality and robotics applications where rapid generation of 3D maps may be required. Superpixels are middle-level features, which represent a homogeneous regions in an image, that can be connected in order to segment untextured areas. Based on this, we propose a GPU architecture for: i) superpixel extraction considering chromatic information, ii) superpixel-based segmentation, generation of connectivity matrix to compute the connected components algorithm and iii) mapping of segmented regions to 3D points. We use the ORB-SLAM system to generate a sparse 3D map and to project the untextured segments onto it at 27 FPS. We assessed our approach in terms of the segmentation and map quality. Regarding the latter, covered area by the generated map, depth accuracy and computational performance are reported.Este trabajo se enfoca en el problema del mapeo tridimensional de ambientes con grandes regiones sin textura, los cuales generan mapas 3D dispersos que pueden no representar de forma adecuada el ambiente en cuestión. Para lidiar con este problema, se propone el mejoramiento de mapas dispersos 3D mediante el uso de la segmentación basada en superpixeles con el objetivo de generar un mapa 3D más denso en tiempo real. Este tipo de sistemas pueden ser de mucha utilidad en aplicaciones de realidad aumentada y virtual además de la solución de problemas orientados a robótica; donde se requiere una generación rápida de mapas tridimensionales. Los superpixeles son características de nivel medio los cuales representan regiones homogéneas en una imagen, que pueden ser conectados a fin de segmentar aéreas sin texturas. Basándose en esto, se propone una arquitectura GPU para: i) la extracción de superpixeles utilizando información cromática y/o de profundidad, ii) segmentación basada en superpixeles mediante la generación de la matriz de conectividad para ejecutar el algoritmo de componentes conectados, y iii) mapeo de regiones segmentadas a puntos tridimensionales con coordenadas del mundo real. Se utiliza el sistema ORB-SLAM para generar un mapa 3D disperso y proyectar los segmentos sin textura sobre el mismo en 27 FPS. Se evalúa la propuesta en términos de calidad de la segmentación y del mapa generado. Con respecto a esto último, se reporta la cantidad de área cubierta por el mapa generado, la precisión de la profundidad estimada y el desempeño computacional
Desarrollo de dispositivos balanceados para sistemas de telecomunicaciones: filtro reconfigurable basado en metal líquido (EGaIn), filtro activo CMOS (130 nm) y diplexor planar en tecnología de microcinta
Get PDFThis work presents the development of balanced devices to be used in microwave telecommunications.
Basic concepts to design, simulate and characterize those devices are
presented. The proposals in this thesis are based on balanced bandpass filters using planar
technologies which provides reduced fabrication complexity and high integration capability.
This work is divided into five chapters, the first one is about the motivation and
objectives of the thesis, and the second one gives an introduction to microwave engineering.
A balanced diplexer has been proposed, two bandpass filters composed by a close loop
transmission line and one stub, and two coupling lines are required to build it. The operation
frequencies are 1.1 GHz and 1.8 GHz. The diplexer exhibits a high integration
capability because the microstrip technology is used, good selectivity, low losses and design
exibility; those characteristics show that the proposed diplexer is an appropriate
alternative to use in telecommunications system where only balanced devices are used.
The measured parameters were in good agreement with all simulated results.
An integrated CMOS filter to use in S band applications was also developed using 130
nm technology. The main characteristics of the filter are: high integration capability, high
linearity, high selectivity and design's simplicity. Cross coupled transistors were used to
compensate the losses of the resonator, and an additional power source was used to improve
the linearity. Measurements were in good agreement with the simulations results,
achieving the required design specifications.
A third proposal consist in a liquid metal based reconfigurable filter to operate at 1.65
GHz and 2 GHz. A novel resonator, composed by close loop transmission line, two parallel
transmission lines and two T sections, was developed to get the reconfiguration capability.
The filter is highly integrable with microstrip devices, and it exhibits low losses, high
selectivity and it doesn't have linearity problems. Both operation states were measured
showing a good similarity with the simulated results.Este trabajo presenta el desarrollo de dispositivos balanceados para telecomunicaciones
vía microondas. Se presentan los conceptos básicos para el diseño, simulación y caracterización de dichos dispositivos. Las propuestas aquí mostradas están basados en filtros pasa banda balanceados y fueron fabricadas en tecnología planar con facilidad de integración y una reducida complejidad de fabricación. Esta tesis se divide en cinco capítulos, los dos primeros presentan la motivación y objetivos, y una introducción a los conceptos básicos de ingeniería de microondas, respectivamente.
Se propuso un diplexor balanceado basado en dos filtros pasa banda, los cuales están
compuestos de resonadores de lazo cerrado y stubs, y dos líneas de acoplamiento. Las
frecuencias de operación son 1.1 GHz y 1.8 GHz. El diplexor muestra una alta capacidad
de integración debido al uso de tecnología planar de microcinta, buena selectividad, bajas
pérdidas y flexibilidad para el diseño, lo que lo convierte en una alternativa apropiada
para sistemas de telecomunicaciones en los que se usen dispositivos balanceados. La caracterización del diplexor mostró una alta congruencia con las simulaciones, demostrando la eficacia del procedimiento presentado para su diseño.
También se desarrolló un filtro integrado en tecnología CMOS de 130 nm para aplicaciones en banda S, cuyas características principales son: capacidad de integración en un solo chip, alta linealidad, alta selectividad y simplicidad de diseño. Para su diseño se usaron transistores con acoplamiento cruzado que permitieron la compensación de las pérdidas de los resonadores, se incluyó una fuente de polarización que permitió el mejoramiento de la linealidad del filtro. Los resultados medidos estuvieron de acuerdo con las simulaciones, satisfaciendo los requerimientos de diseño.
Una tercera propuesta se ha desarrollado, ésta consiste en un filtro reconfigurable para
las frecuencias de 1.65 GHz y 2 GHz basado en metal líquido. Un nuevo resonador es
presentado, cuyo diseño fue especialmente creado para darle la capacidad de reconfiguración, éste se basa en una línea de transmisión en lazo cerrado, dos líneas de transmisión paralelas y dos secciones en forma de T que pueden interconectarse
Control de aberraciones del telescopio de 2.1-m del OAN por medio de la codificación del frente de onda
Get PDFWave-front coding is a known technique for correcting defocus-like aberrations
by introducing an aspherical phase distribution in to a standard clear
aperture system, resulting in a near diffracted limited image by using deconvolution
techniques. With this technology, we want to improve the image
quality of the 2.1-m telescope at the San Pedro Mártir Observatory using
the primary mirror's active cell as the wave-front coder element. The active
cells functionality and control is studied in order to understand how it
works and whether is it possible to use it as the wave-front coding element.
The characterization of the telescope's point-spread function (PSF) with
and without the wave-front coding element is performed, and an extended
analysis in the frequency domain is done to fit the design criterion enabling
image processing in order to improve image quality. The parameters used
in the active cell and the benefits of using this technique in the Astronomy
field will be discussed.En este trabajo se presenta una propuesta de implementación de la
técnica de la codificación del frente de onda en el telescopio de 2.1-m del
Observatorio Astronómico Nacional. La codificación del frente de onda es
un método que utiliza un elemento esférico incluido en el sistema formador
de imágenes en cuestión y un procesamiento de imágenes para obtener una
imagen final de alta calidad. El principio de funcionamiento se basa en la
introducción de una distribución de fase asférica en el sistema con el fin de
producir una imagen igualmente degradada en todos sus planos, capaz de
volver su función de punto extendido y su función de transferencia óptica
casi insensibles sobre un rango de desenfoque sobre el frente de onda. Esta
imagen producto del uso del sistema con el elemento codificador del frente
de onda será digitalmente procesada con el fin de eliminar la degradación
producida y de esta forma recuperar la información del objeto habiendo
compensado errores de foco y otras perturbaciones. En este trabajo se
entrega una propuesta de implementación de la técnica para el telescopio
de 2.1-m, donde se utiliza la celda activa soporte del espejo primario del
telescopio como elemento codificador del frente de onda. Esto con la finalidad
de compensar aberraciones producidas por cambios físicos que sufre
el espejo primario debidas a los efectos gravitacionales, térmicos, así como
problemas de alineación. La selección de los parámetros a ingresar a la celda
activa son estudiados con la finalidad de aprovechar al máximo la técnica
en el telescopio. Dichos parámetros estarán dados en base a las condiciones
atmosféricas, a la configuración del telescopio y a las limitaciones impuestas
por los criterios de diseño. Al final del trabajo se entrega una propuesta
de implementación y se discute el desempeño del elemento codificador del
frente de onda, así como las expectativas que se tiene de la técnica
Análisis de usabilidad de entornos virtuales incorporando surrogados de actividad cognitiva
Get PDFLa evaluación de usabilidad es un componente clave en el análisis de la experiencia de usuario dentro del estudio de la Interacción Humano-Computadora. Los entornos virtuales tienen un análisis de usabilidad complejo con respecto a los sistemas tradicionales debido a varios factores entre los que se encuentra el estado cognitivo del usuario durante el momento interactivo. Este trabajo presenta la integración del nivel de carga cognitiva al proceso de evaluación de usabilidad a través de la obtención de un surrogado medido por técnicas de seguimiento ocular. El resultado final es una red bayesiana jerárquica que modela las relaciones de dependencia probabilística entre las características del usuario, las características del entorno virtual, el nivel de carga cognitiva y el resultado de una evaluación de usabilidad tradicional. Este modelo es capaz de lidiar con la limitación de tener un conjunto de datos reducido para los algoritmos de aprendizaje automático de la estructura de la red, aplicando una técnica de sobremuestreo por ajuste a distribuciones multivariadas