TecnoLógicas

Reconciliación social: tecnología para la construcción de paz

Big Data: an exploration of research, technologies and application cases

Resumen Big Data se ha convertido en una tendencia a nivel mundial y aunque aún no cuenta con un concepto científico o académico consensuado, se augura cada día mayor crecimiento del mercado que lo envuelve y de las áreas de investigación asociadas. En este artículo se reporta una exploración de literatura sobre Big Data, que comprende un estado del arte de las técnicas y tecnologías asociadas a Big Data, las cuales abarcan captura, procesamiento, análisis y visualización de datos. Se exploran también las características, fortalezas, debilidades y oportunidades de algunas aplicaciones y modelos que incluyen Big Data, principalmente para el soporte al modelado de datos, análisis y minería de datos. Asimismo, se introducen algunas de las tendencias futuras para el desarrollo de Big Data por medio de la definición de aspectos básicos, alcance e importancia de cada una. La metodología empleada para la exploración incluye la aplicación de dos estrategias, una primera corresponde a un análisis cienciométrico; y la segunda, una categorización de documentos por medio de una herramienta web de apoyo a los procesos de revisión literaria. Como resultados se obtiene una síntesis y conclusiones en torno a la temática y se plantean posibles escenarios para trabajos investigativos en el campo de dominio.

Abstract Big Data has become a worldwide trend and although still lacks a scientific or academic consensual concept, every day it portends greater market growth that surrounds and the associated research areas. This paper reports a systematic review of the literature on Big Data considering a state of the art about techniques and technologies associated with Big Data, which include capture, processing, analysis and data visualization. The characteristics, strengths, weaknesses and opportunities for some applications and Big Data models that include support mainly for modeling, analysis, and data mining are explored. Likewise, some of the future trends for the development of Big Data are introduced by basic aspects, scope, and importance of each one. The methodology used for exploration involves the application of two strategies, the first corresponds to a scientometric analysis and the second corresponds to a categorization of documents through a web tool to support the process of literature review. As results, a summary and conclusions about the subject are generated and possible scenarios arise for research work in the field.

A design methodology of microgrids for non-interconnected zones of Colombia

Resumen En este artículo se propone una metodología para diseñar microrredes en zonas no interconectadas de Colombia. El diseño de la microrred se realiza siguiendo la normativa eléctrica colombiana. Las etapas de la metodología son: recolección de información de campo, evaluación de recursos energéticos renovables y no renovables, estimación del perfil de carga, dimensionamiento de los generadores, diseño de la topología de la microrred y análisis eléctrico. Los calibres de los conductores se seleccionan según la NTC 2050. Se presenta un caso de estudio, para el cual se selecciona la región de Taroa, en el Departamento de la Guajira. Taroa está ubicada en una zona no interconectada de Colombia. A partir de información meteorológica de la zona y el análisis de carga, se seleccionan los equipos de generación usando el software HOMER. Las tensiones en la microrred son calculadas a partir de flujos de potencia utilizando el software Power System Analysis Toolbox. Los generadores son representados con modelos reducidos para agilizar el proceso de diseño. Las variaciones de tensión en los nodos de la microrred diseñada están dentro del 3% de la tensión nominal. Este rango de variación está definido en el Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE). Los resultados de las simulaciones, utilizando datos reales, evalúan la viabilidad de la metodología propuesta.

Abstract A methodology for microgrids design in non-interconnected zones of Colombia is proposed in this paper. The microgrid design is carried out following the Colombian electrical normativity. The stages of the methodology are: collection of the field information, evaluation of renewable and nonrenewable resources, load profile estimation, sizing of the generators, design of microgrid topology, and electrical analysis. The size of conductors is selected according to NTC 2050. A study case is presented, where the region of Taroa, in the Department of Guajira, is selected. Taroa is located in a not interconnected zone of Colombia. From meteorological information of the zone and the load analysis, the generation equipment is selected using the software HOMER. The voltages on the microgrid are computed applying power flow analysis using the software Power System Analysis Toolbox. The generators are represented with reduced models to streamline the design. The voltage variations in the buses of the designed microgrid are in the 3% of the nominal voltage. This variation range is defined in Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE). Simulation results, using actual data, assess the feasibility of the proposed methodology.

Fuzzy control of an inverted pendulum Driven by a reaction wheel using a trajectory tracking scheme

Resumen En este trabajo se presenta el diseño de un controlador difuso Takagi-Sugeno (T-S), con un esquema de seguimiento de trayectoria para el sistema conocido como péndulo con rueda de reacción. A partir del modelo de estados no lineal, se definen los puntos de operación donde el sistema funcionará y se aplica la técnica de linealización por no linealidad sectorial con el fin de implementar reguladores lineales locales. Con los modelos linealizados reducidos y con base en las características dinámicas deseadas de lazo cerrado, se diseñan los reguladores locales que, al ser combinados, usando las funciones de pertenencia del modelo difuso, generan la señal de control global que contiene dos términos: el regulador y el seguimiento simple de la referencia. El controlador difuso propuesto logra llevar el péndulo desde su posición de equilibrio natural a la posición invertida de forma gradual, con oscilaciones de amplitud creciente y con mínimo error de seguimiento. Cuando el péndulo alcanza la posición deseada invertida, se usa un regulador sobre el modelo linealizado completo alrededor del punto de operación. Los resultados de simulación muestran el seguimiento de la trayectoria angular (del péndulo) y el desempeño del controlador ante pequeñas perturbaciones. La señal de control y la velocidad angular de la rueda son presentadas con el fin de verificar que se mantienen dentro de los límites de operación establecidos. Si bien se presenta saturación en la señal de control, se obtiene un error de seguimiento menor a 0,22 radianes.

Abstract In this work, the design of a Takagi-Sugeno Fuzzy controller with a trajectory-tracking scheme for the reaction wheel pendulum is presented. By using the nonlinear state-space model, the system’s operating points are defined, then, the sector nonlinearity method is applied to obtain a linearized model of the system in order to implement linear local regulators. Once the reduced linearized models are obtained, and based on the desired closed loop response, local regulators are designed to generate the global control signal. This signal comprises two terms: The regulator and the reference tracking term. The proposed Fuzzy controller allows the pendulum to reach the upright position from its natural state by swinging it up with minimum tracking error. Once the upright position is reached, a regulator is implemented to operate over the linearized model around the operating point (i.e., upright position). Simulation results present both, the tracking of the angular trajectory and the controller behavior during small perturbations. It is shown that the control signal and the wheel speed remain within their boundaries. Although the control signal saturates, a tracking error less than 0.22 radians is observed.

Design and construction of a hybrid system of heating air by combustion of biomass and solar radiation, using phase change material (PCM) as a source of thermal storage, for cassava drying

Resumen Este estudio consistió en el diseño, la construcción y la validación de un sistema híbrido de calentamiento de aire por combustión de biomasa y radiación solar, utilizando material de cambio de fase (PCM) como fuente de almacenamiento térmico, para el secado de yuca, a pequeña escala. El sistema híbrido consta de un ventilador centrífugo, dos colectores solares, un quemador de combustible sólido (cascarilla de arroz) y un secador de bandejas. La validación del sistema se realizó secando yuca. El PCM permitió seguir el proceso de secado, incluso cuando la radiación solar estuvo por debajo de 116,22 ± 31,94 W/m², logrando mantener temperaturas de aire de secado en los dos colectores solares a 46 ± 4 ,29°C y 51 ± 4,08°C durante 45 min adicionales. El tiempo de secado fue de 10 h y 45 min, la eficiencia de los colectores solares fue 43,91% y la del quemador de cascarilla de arroz de 36,72 %.

Abstract This study consisted of designing, building and validation a hybrid system of heating air by combustion of biomass and solar radiation, using phase change material (PCM) as a thermal storage source, for cassava drying, a small scale. The dryer consists of a centrifugal fan, two solar collectors, a fuel burner solid (rice husk) and a tray dryer. System validation was performed drying up Yucca. The PCM allowed to follow the drying process, even when the solar radiation was below 116,22 ± 31,94 W/m², being able to maintain drying air temperatures in the two solar collectors at 46 ± 4,29 °C and 51 ± 4,08 °C for an additional 45 min. The drying time was 10 h and 45 min, the efficiency of the solar collectors was 43.91 % and the rice husk burner of 36.72 %.

Reconfiguration of photovoltaic panels for reducing the hydrogen consumption in fuel cells of hybrid systems

Resumen La generación eléctrica híbrida combina las ventajas de las celdas de combustible con sistemas de generación difíciles de predecir, como los fotovoltaicos y eólicos. El principal objetivo en este tipo de sistemas híbridos es minimizar el consumo de hidrógeno reduciendo costos e incrementando la autonomía del sistema. Este articulo propone un algoritmo de optimización, conocido como algoritmo de aprendizaje incremental basado en población, el cual tienen como objetivo maximizar la potencia producida por un generador fotovoltaico. Esta maximización reduce el consumo de hidrógeno combustible del sistema basado en hidrógeno. Adicionalmente, la velocidad de convergencia del algoritmo permite la computación en tiempo real de la mejor configuración para el sistema fotovoltaico, permitiendo una optimización dinámica del consumo de hidrógeno de la celda de combustible. Finalmente, se presenta una validación experimental del sistema considerando 6 paneles fotovoltaicos y una celda de combustible NEXA de 1.2 KW. Esta validación, demuestra la efectividad del algoritmo propuesto para la reducción del consumo de hidrógeno en este tipo de sistemas híbridos.

Abstract Hybrid generation combines advantages from fuel cell systems with non-predictable generation approaches, such as photovoltaic and wind generators. In such hybrid systems, it is desirable to minimize as much as possible the fuel consumption, for the sake of reducing costs and increasing the system autonomy. This paper proposes an optimization algorithm, referred to as population-based incremental learning, in order to maximize the produced power of a photovoltaic generator. This maximization reduces the fuel consumption in the hybrid aggregation. Moreover, the algorithm's speed enables the real-time computation of the best configuration for the photovoltaic system, which also optimizes the fuel consumption in the complementary fuel cell system. Finally, a system experimental validation is presented considering 6 photovoltaic modules and a NEXA 1.2KW fuel cell. Such a validation demonstrates the effectiveness of the proposed algorithm to reduce the hydrogen consumption in these hybrid systems

Dynamic drilling as an alternative method for determining the mechanical behavior of refractories materials

Resumen La dureza de los materiales cerámicos generalmente se determina mediante microindentación Vickers, para lo cual la muestra debe ser rigurosamente pulida y se deben analizar múltiples huellas para que el resultado sea representativo de las propiedades mecánicas del material, dificultando su uso en el ámbito industrial. En este trabajo se relacionó la dureza Vickers de ladrillos refractarios de alúmina, alúminacircona-sílice (AZS) y de alúmina-cromita, con la resistencia que tienen los mismos a ser perforados por una broca para concreto con punta de carburo de tungsteno. Los refractarios de alúmina y de AZS estudiados fueron fabricados por electrofusión, lo que les confiere alta densificación, mientras que los de alúmina-cromita fueron manufacturados mediante prensado y sinterizado y, por lo tanto, la cohesión entre las partículas que los constituyen y su densificación es baja. La dureza medida para el ladrillo de alúmina y el de AZS es de 1506,00 ± 99,71 HV1,5N (15,10 ± 0,90 GPa) y 1028,00 ± 95,49 HV2,7N (10,30 ± 0,90 GPa) respectivamente,mientras que para el de alúminacromita la dureza es sorprendentemente baja, tan solo de 54,00 ± 2,00 HV50N (0,54±0,02 GPa), a pesar de que este material está constituido por partículas altamente duras, lo cual es producto de la baja cohesión de dichas partículas. Los resultados obtenidos indican que existe buena concordancia entre la resistencia a la perforación y la dureza Vickers de los ladrillos estudiados, por lo que el ensayo de perforación mecánica puede ser utilizado para predecir la dureza tanto en materiales cerámicos bien densificados, como en aquellos poco densificados

Abstract Ceramic materials hardness is usually determined by Vickers microindentation, which requires rigorous sample preparation and highly demanding analysis of traces turning this method difficult to use in industrial applications. This research is focused to correlate Vickers Hardness to drilling resistance by a hard-tipped drill-bit on alumina, alumina-zirconia-silica (AZS) and alumina-chromite refractories bricks. Alumina and AZS bricks were manufactured by electromelting process leading to obtain highly densified microstructures, while alumina-chromite bricks were manufactured by pressing and sintering which conducts to lower densification and particles cohesion within the bricks microstructure. Alumina and AZS refractories measured hardness is 1506.00 ± 99.71 HV1,5N (15.10 ± 0.90 GPa) and 1028.00 ± 95.49HV2,7N (10.30 ± 0.90 GPa) respectively, which is in contrast with the low measured hardness on alumina-chromite bricks of 54.00 ± 2.00 HV50N (0.54 ± 0.02 GPa) despite of the high hardness of alumina and chromite used as feedstock maybe due to a low cohesion between the particles. Drilling resistance results showed a well-fitted behavior regarding the measured Vickers hardness then the drilling resistance test is useful to predict the hardness of highly densified as well as of friable ceramic materials

Microfabrication of position reference patterns onto glass microscope slides for high-accurate analysis of dynamic cellular events

Abstract Glass microscopes slides are widely used as in situ base-substrates carrying diverse micro-fabricated systems or elements. For such purposes, the micro-fabrication process consists in transferring a pre-defined design onto the substrate made of a glass microscope slide. This is known as patterning, which is a technique that can also be used in transferring specific designs that allows region of interest (ROI) recovery under the microscope. In those cases, two main challenges appear: 1) Disturbances in light transmission should remain minimum to keep the high quality of observation of the object of interest under the microscope. 2) The pattern-size should then be small enough but, however, larger than the diffraction limit to be observable satisfactorily for positioning purposes. In this article, we present the procedures involved in the microfabrication of Pseudo-Periodic Patterns (PPP) encrypting the absolute position of an extended area. Those patterns are embedded in Pétri dishes in order to allow the high-accurate retrieval of absolute position and orientation. The presented microfabrication is based in a technique known as lift-off, which after parameter adjustment, allows the obtaining of PPP fulfilling the two previously mentioned requirements. The results report on PPP realized on glass microscope slides and composed by 2µm side dots made of aluminum with a thickness of 30nm

Resumen Los portaobjetos de microscopio se utilizan ampliamente como sustratos base in situ para la realización de diversos sistemas o elementos microfabricados. Para estos fines, el proceso de microfabricación consiste en transferir un diseño predefinido sobre el sustrato correspondiente a una lámina de vidrio utilizada como portaobjetos de microscopio. Este proceso se conoce como "patterning", que es una técnica que también se puede utilizar en la transferencia de diseños específicos que permite la recuperación de una región de interés (ROI) bajo el microscopio. En estos casos, aparecen dos desafíos principales: 1) Las perturbaciones en la transmisión de la luz deben permanecer mínimas para mantener la alta calidad de observación del objeto de interés bajo el microscopio. 2) El tamaño del patrón debe ser entonces suficientemente pequeño, pero, sin embargo, mayor que el límite de difracción para ser observable satisfactoriamente para propósitos de posicionamiento. En este artículo presentamos los procedimientos involucrados en la microfabricación de Patrones Pseudo-Periódicos (PPP) los cuales encriptan la posición absoluta de un área extendida. Esos patrones están embebidos en placas de Pétri para permitir la recuperación absoluta y de alta precisión de una ROI, al igual que su orientación. La microfabricación presentada se basa en una técnica conocida como "lift-off" que, tras el ajuste de parámetros, permite la obtención de PPP cumpliendo los dos requisitos anteriormente mencionados. Los resultados corresponden a la realización de PPP en portaobjetos de vidrio y compuesto por puntos laterales de 2µm hechos de aluminio con un grosor de 30nm

Visual in-plane positioning of a Labeled target with subpixel Resolution: basics and application

Abstract Vision is a convenient tool for position measurements. In this paper, we present several applications in which a reference pattern can be defined on the target for a priori knowledge of image features and further optimization by software. Selecting pseudo-periodic patterns leads to high resolution in absolute phase measurements. This method is adapted to position encoding of live cell culture boxes. Our goal is to capture each biological image along with its absolute highly accurate position regarding the culture box itself. Thus, it becomes straightforward to find again an already observed region of interest when a culture box is brought back to the microscope stage from the cell incubator where it was temporarily placed for cell culture. In order to evaluate the performance of this method, we tested it during a wound healing assay of human liver tumor-derived cells. In this case, the procedure enabled more accurate measurements of the wound healing rate than the usual method. It was also applied to the characterization of the in-plane vibration amplitude from a tapered probe of a shear force microscope. The amplitude was interpolated by a quartz tuning fork with an attached pseudo-periodic pattern. Nanometer vibration amplitude resolution is achieved by processing the pattern images. Such pictures were recorded by using a common 20x magnification lens

Resumen La visión es una herramienta conveniente para mediciones de posición. En este artículo, presentamos aplicaciones en las que un patrón de referencia puede ser adherido al objeto de interés. Ésto permite tener un conocimiento a priori de las características de la imagen y así poder optimizar el software. Como patrón de referencia se usan patrones pseudo-periódicos, los cuales permiten una alta resolución en las mediciones de fase absoluta. El método es adaptado para codificar la posición de soportes de cultivos celulares, con el fin de documentar cada imagen biológica registrada con su posición absoluta. Por lo tanto, resulta sencillo encontrar de nuevo una región de interés, observada previamente, cuando una caja de cultivo es traída de nuevo al microscopio luego de estar en una incubadora. Para evaluar el método, éste se utilizó durante un ensayo de "cicatrización de herida" de un cultivo celular derivado de tumores hepáticos. En este caso, el método permite obtener mediciones más precisas de la tasa de "cicatrización", comparado a los resultados obtenidos con el método usual. El método propuesto también se aplica a la caracterización de la amplitud de vibración en el plano de una sonda de un microscopio de fuerza atómica. La amplitud fue interpolada por medio de un diapasón de cuarzo al cual se la adhirió un patrón pseudo-periódico. A partir del procesamiento de las imágenes del patrón, se logra obtener resolución nanométrica en la medida de la amplitud de la vibración. Estas imágenes fueron obtenidas con un microscopio óptico con magnificación 20x.

Fabrication of mems devices - a scanning micro mirror case study

Abstract This paper presents the working principle, design, and fabrication of a silicon-based scanning micromirror with a new type of action mechanism as an example of MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems). Micromirrors can be found in barcode readers as well as micro-projectors, optical coherence tomography, or spectrometers adjustable filters. The fabrication process of the device prompted us to describe and discuss the problems related to the manufacture of MEMS. The article starts with some terminology and a brief introduction to the field of microsystems. Afterwards, the concept of a new scanning micromirror is explained. The device is operated by two pairs of thermal bimorphs. A special design enables to maintain a constant distance from the center of the mirror to the light source during the scanning process. The device was implemented in a one degree-of-freedom micromirror and a two degree-of-freedom micromirror. The fabrication process of both types is described. For each case, a different type of substrate was used. The first type of substrate was a standard silicon wafer; the second one, SOI (Silicon-On-Insulator). The process with the first one was complicated and caused many problems. Replacing this substrate with SOI solved some of the issues, but did not prevent new ones from arising. Nevertheless, the SOI substrate produces much better results and it is preferable to manufacture this type of MEMS devices.

Resumen Este trabajo muestra un mecanismo de acción, un diseño y una fabricación de un nuevo dispositivo de escaneo - un micro-espejo. Los micro-espejos se pueden encontrar en los lectores de códigos de barras, así como en los micro proyectores, en sistemas de tomografía óptica coherente, o en los filtros ajustables de espectrómetros. El proceso de formación del nuevo dispositivo nos llevó a describir y discutir los problemas relacionados con la fabricación de MEMS (sistemas microelectrónicos). En primer lugar, se da una terminología y una breve introducción al campo de los microsistemas. A continuación, se explica un concepto del nuevo micro-espejo de escanéo. El dispositivo es accionado por dos pares de actuadores termo-bimorfos. Un diseño especial permite mantener la distancia constante desde el centro del espejo a la fuente de luz durante el proceso de escaneo. El dispositivo se implementó en dos versiones: un micro-espejo con un grado de libertad y un micro-espejo con dos grados de libertad. Se describe un proceso de fabricación para los dos tipos del dispositivo que utiliza dos tipos diferentes de sustrato. El primer tipo de sustrato corresponde a una oblea de silicio estándar, el segundo substrato corresponde a un SOI (Silicon-On-Insulator). El proceso con la oblea de silicio estándar fue complicado y causó muchos problemas. Cambiar el sustrato a SOI ayudó a resolver algunos de ellos, pero no permitió evitar algunos nuevos. Sin embargo, el sustrato SOI da mejores resultados y se encuentra que es preferible fabricar dispositivos MEMS de este tipo.

Feature relevance estimation for vibration-based condition monitoring of an internal combustion engine

Abstract Condition monitoring of Internal Combustion Engines (ICE) benefits cost-effective operations in the modern industrial sector. Because of this, vibration signals are commonly monitored as part of a non-invasive approach to ICE analysis. However, vibration-based ICE monitoring poses a challenge due to the properties of this kind of signals. They are highly dynamic and non-stationary, let alone the diverse sources involved in the combustion process. In this paper, we propose a feature relevance estimation strategy for vibration-based ICE analysis. Our approach is divided into three main stages: signal decomposition using an Ensemble Empirical Mode Decomposition algorithm, multi-domain parameter estimation from time and frequency representations, and a supervised feature selection based on the Relief-F technique. Accordingly, we decomposed the vibration signals by using self-adaptive analysis to represent nonlinear and non-stationary time series. Afterwards, time and frequency-based parameters were calculated to code complex and/or non-stationary dynamics. Subsequently, we computed a relevance vector index to measure the contribution of each multi-domain feature to the discrimination of different fuel blend estimation/diagnosis categories for ICE. In particular, we worked with an ICE dataset collected from fuel blends under normal and fault scenarios at different engine speeds to test our approach. Our classification results presented nearly 98% of accuracy after using a k-Nearest Neighbors machine. They reveal the way our approach identifies a relevant subset of features for ICE condition monitoring. One of the benefits is the reduced number of parameters.

Resumen El monitoreo de condición de motores de combustión interna (MCI) facilita que las operaciones del sector industrial moderno sean más rentables. En este sentido, las señales de vibración comúnmente son empleadas como un enfoque no invasivo para el análisis de MCI. Sin embargo, el monitoreo de MCI basado en vibraciones presenta un desafío relacionado con las propiedades de la señal, la cual es altamente dinámica y no-estacionaria, sin mencionar las diversas fuentes presentes durante el proceso de combustión. En este artículo, se propone una estrategia de análisis de relevancia orientada al monitoreo de MCI basado en vibraciones. Este enfoque incorpora tres etapas principales: descomposición de la señal utilizando un algoritmo de Ensemble Empirical Mode Decomposition, estimación de parámetros multi-dominio desde representaciones en tiempo y frecuencia, y una selección supervisada de características basada en Relief-F. Así, las señales de vibración se descomponen utilizando un análisis auto-adaptativo para representar la no-linealidad y no-estacionariedad de las series de tiempo. Luego, para codificar dinámicas complejas y/o no estacionarias, se calculan algunos parámetros en el dominio del tiempo y de la frecuencia. Posteriormente, se calcula un vector de índice de relevancia para cuantificar la contribución de cada una de las características multi-dominio para discriminar diferentes categorías de estimación de mezcla de combustible y diagnóstico de MCI. Los resultados de clasificación obtenidos (cercanos al 98% de acierto) en una base de datos de MCI, revelan como la propuesta planteada identifica un subconjunto de características relevantes en el monitorio de condición de MCI.

Analysis of the efficiency of a virtual-optical multiplexing method, by using theta modulation

Abstract We present an efficient virtual-optical multiplexing method for compressing information contained in gray level images. The efficiency is measured using three parameters: quality factors of recovered images, memory saving percentage achieved, and number of multiplexed images in the package. Theta modulation techniques are applied, to process an N number of gray level images, by using a virtual-optical 2f architecture, from which we obtain a complex package M, to be stored as two images, amplitude and phase, in commercial formats. We apply pixel optimization and Fourier plane filtering to amplitude and phase images, respectively, storing only a percentage of the Fourier plane with a pixel dynamic range optimization. The stored package spends much less memory than individual images. The recovered images after the demultiplexing process are compared with the original ones by using correlation coefficient, obtaining high quality factors for decompressed images. We perform simulations, showing the efficiency of the proposed process, and our results are compared to the same factors reported in recent publications, making our improvements evident.

Resumen Presentamos un método de multiplexado óptico-virtual eficiente, para comprimir información contenida en imágenes en niveles de gris. La eficiencia se mide usando tres parámetros: Factores de calidad de las imágenes recuperadas, porcentaje de memoria ahorrada, y número de imágenes multiplexadas en el paquete. Se aplican técnicas de modulación teta, procesando un número N de imágenes en niveles de gris, usando una arquitectura óptico-virtual 2f, obteniendo un paquete complejo M, que es almacenando como dos imágenes, amplitud y fase de M, en formatos comerciales. Se aplica un filtrado al plano de Fourier y una optimización a los píxeles de las imágenes de amplitud y fase, respectivamente, almacenando solo un porcentaje del plano de Fourier con una optimización al rango dinámico para los píxeles de cada una de ellas. El paquete almacenado gasta mucho menos memoria que las imágenes individuales. Las imágenes recuperadas después del proceso de desmultiplexado se comparan con las originales mediante el coeficiente de correlación, obteniendo para las imágenes recuperadas factores de calidad altos. Se realizan simulaciones que muestran la eficiencia del proceso propuesto, y nuestros resultados son comparados con los mismos factores reportados en publicaciones recientes, haciendo evidentes los avances logrados en este trabajo.

Optimization of non-stationary Stackelberg models using a self-adaptive evolutionary algorithm

Resumen Los modelos de Juegos de Stackelberg engloban una importante familia de problemas de la Teoría de Juegos, que encuentra aplicaciones directas en economía. El principal objetivo es encontrar un equilibrio óptimo entre las decisiones que pueden tomar dos actores que se relacionan jerárquicamente. En general estos modelos son complejos de resolver dada su estructura jerárquica, y la frecuente aparición en estos de funciones objetivos o restricciones intratables analíticamente. Otra causa de dicha complejidad es la existencia de incertidumbre, particularmente debido a la variabilidad en el tiempo de las condiciones del mercado, estrategias de los competidores, entre otras. Un análisis de la literatura relacionada muestra muy pocos trabajos abordando estos problemas de optimización no estacionarios. En este sentido, la presente investigación propone una técnica meta-heurística auto-adaptativa para resolver modelos de Juegos de Stackelberg no estacionarios. Los resultados experimentales obtenidos muestran una mejoría significativa sobre un método existente.

Abstract Stackelbergs game models involve an important family of Game Theory problems with direct application on economics scenarios. Their main goal is to find an optimal equilibrium between the decisions from two actors that are related one to each other hierarchically. In general, these models are complex to solve due to their hierarchical structure and intractability from an analytical viewpoint. Another reason for such a complexity comes from the presence of uncertainty, which often occurs because of the variability over time of market conditions, adversary strategies, among others aspects. Despite their importance, related literature reflects a few works addressing this kind of non-stationary optimization problems. So, in order to contribute to this research area, the present work proposes a self-adaptive meta-heuristic method for solving online Stackelbergs games. Experiment results show a significant improvement over an existing method.

Enhancement of nerve structure segmentation by a correntropy-based pre-image approach

Abstract Peripheral Nerve Blocking (PNB) is a commonly used technique for performing regional anesthesia and managing pain. PNB comprises the administration of anesthetics in the proximity of a nerve. In this sense, the success of PNB procedures depends on an accurate location of the target nerve. Recently, ultrasound images (UI) have been widely used to locate nerve structures for PNB, since they enable a non-invasive visualization of the target nerve and the anatomical structures around it. However, UI are affected by speckle noise, which makes it difficult to accurately locate a given nerve. Thus, it is necessary to perform a filtering step to attenuate the speckle noise without eliminating relevant anatomical details that are required for high-level tasks, such as segmentation of nerve structures. In this paper, we propose an UI improvement strategy with the use of a pre-image-based filter. In particular, we map the input images by a nonlinear function (kernel). Specifically, we employ a correntropy-based mapping as kernel functional to code higher-order statistics of the input data under both nonlinear and non-Gaussian conditions. We validate our approach against an UI dataset focused on nerve segmentation for PNB. Likewise, our Correntropy-based Pre-Image Filtering (CPIF) is applied as a pre-processing stage to segment nerve structures in a UI. The segmentation performance is measured in terms of the Dice coefficient. According to the results, we observe that CPIF finds a suitable approximation for UI by highlighting discriminative nerve patterns.

Resumen El bloqueo de nervios periféricos (PNB) es una técnica ampliamente usada para llevar a cabo anestesia regional en el manejo del dolor. El PNB aplica una sustancia anestésica en el área que rodea el nervio que se quiere intervenir, y su éxito depende de la localización exacta del mismo. Recientemente, las imágenes de ultrasonido (UI) se han utilizado para la localización de nervios periféricos en PNB ya que permiten una visualización no invasiva y directa del nervio y de las estructuras anatómicas alrededor de él; sin embargo, este tipo de imágenes están afectadas por ruido speckle, dificultando su delimitación exacta. De esta manera, es pertinente una etapa de filtrado para atenuar el ruido sin remover información anatómica importante para la segmentación. En este artículo se propone una estrategia para el mejoramiento de UI usando filtrado basado en pre-imágenes. En particular, las imágenes se mapean a un espacio de alta dimensionalidad a través de una función kernel. Específicamente, se emplea un mapeo basado en Correntropía con el fin de codificar estadísticos de orden superior de las imágenes bajo condiciones no-lineales y no-Gaussianas. El enfoque propuesto se valida en la segmentación de nervios para PNB. El enfoque de filtrado basado en pre-imágenes con Correntropía (CPIF) es usado como pre-procesamiento en tareas de segmentación de nervios sobre UI. El rendimiento de la segmentación es medida en términos del coeficiente Dice. De acuerdo con los resultados, CPIF encuentra una aproximación adecuada para las UI al asegurar la identificación de patrones discriminativos de estructuras nerviosas.

Multi-atlas label fusion by using supervised local weighting for brain image segmentation

Abstract The automatic segmentation of interest structures is devoted to the morphological analysis of brain magnetic resonance imaging volumes. It demands significant efforts due to its complicated shapes and since it lacks contrast between tissues and intersubject anatomical variability. One aspect that reduces the accuracy of the multi-atlas-based segmentation is the label fusion assumption of one-to-one correspondences between targets and atlas voxels. To improve the performance of brain image segmentation, label fusion approaches include spatial and intensity information by using voxel-wise weighted voting strategies. Although the weights are assessed for a predefined atlas set, they are not very efficient for labeling intricate structures since most tissue shapes are not uniformly distributed in the images. This paper proposes a methodology of voxel-wise feature extraction based on the linear combination of patch intensities. As far as we are concerned, this is the first attempt to locally learn the features by maximizing the centered kernel alignment function. Our methodology aims to build discriminative representations, deal with complex structures, and reduce the image artifacts. The result is an enhanced patch-based segmentation of brain images. For validation, the proposed brain image segmentation approach is compared against Bayesian-based and patch-wise label fusion on three different brain image datasets. In terms of the determined Dice similarity index, our proposal shows the highest segmentation accuracy (90.3% on average); it presents sufficient artifact robustness, and provides suitable repeatability of the segmentation results.

Resumen La segmentación automática de estructuras de interés en imágenes de resonancia magnética cerebral requiere esfuerzos significantes, debido a las formas complicadas, el bajo contraste y la variabilidad anatómica. Un aspecto que reduce el desempeño de la segmentación basada en múltiples atlas es la suposición de correspondencias uno-a-uno entre los voxeles objetivo y los del atlas. Para mejorar el desempeño de la segmentación, las metodologías de fusión de etiquetas incluyen información espacial y de intensidad a través de estrategias de votación ponderada a nivel de voxel. Aunque los pesos se calculan para un conjunto de atlas predefinido, estos no son muy eficientes en etiquetar estructuras intrincadas, ya que la mayoría de las formas de los tejidos no se distribuyen uniformemente en las imágenes. Este artículo propone una metodología de extracción de características a nivel de voxel basado en la combinación lineal de las intensidades de un parche. Hasta el momento, este es el primer intento de extraer características locales maximizando la función de alineamiento de kernel centralizado, buscando construir representaciones discriminativas, superar la complejidad de las estructuras, y reducir la influencia de los artefactos. Para validar los resultados, la estrategia de segmentación propuesta se compara contra la segmentación Bayesiana y la fusión de etiquetas basada en parches en tres bases de datos diferentes. Respecto del índice de similitud Dice, nuestra propuesta alcanza el más alto acierto (90.3% en promedio) con suficiente robusticidad ante los artefactos y respetabilidad apropiada.