PropuestasTesis2012 MIE

Propuestas de Temas de Tesis – Mayo 2012

Maestría en Ingeniería Electrónica

Facultad de Ciencias, UASLP

INDICE

Análisis y Procesamiento de Señales

Aplicaciones de la correlación de fase 1

Estudio cuantitativo de técnicas de decomposición espectral 3

Reconstrucción tridimensional de superficies para la conservación de bienes culturales 6

Procesamiento de imágenes para el control de navegación de un robot 8

Reconstrucción tridimensional de objetos (escáner 3D) con precisión milimétrica utilizando un sensor de profundidad Kinect 10

Localización y construcción simultánea de mapas en pequeños entornos para unidades de procesamiento limitado 12

Desarrollo de esquemas de control de interacción para robots manipuladores 14

Arquitectura reconfigurable para video compresión 16

Bioelectrónica Valoración del campo visual mediante EEG 18

Desarrollo de un sistema electrónico para el control de la dosificación de oxígeno 19

Determinación de la rigidez pasiva en hombro y codo 21

Caracterización de la pulso-oximetría durante epilepsia 24

Caracterización de señales fisiológicas adquiridas por un sensor de presión durante el sueño 26

Evaluación del grado de parálisis facial mediante la estimación de movimiento entre puntos salientes 28

Telecomunicaciones

Estimación de canal para sistemas de comunicaciones vehiculares

de corto alcance basados en el estándar IEEE 802.11p 29

Modelado de canal para sistemas de comunicaciones de corto alcance de vehículo a vehículo 30

Análisis comparativo de diferentes clases de modelos de sumas de cisoides para la simulación de canales inalámbricos móviles 31

Asignación de potencia en sistemas inalámbricos MC-CDMA y MC-DS-CDMA 32

Implementación física de un simulador de canal 35

Validación y evaluación de un dispositivo multi-sensor médico inalámbrico 37

Modulación espacial en un escenario multi-usuario 39

Caracterización y modelado de servicios de banda ancha para redes inalámbricas (4G/WiMax) en la banda de 2.5 GHz 42

Aplicaciones de la correlacion de fase

Dr. Alfonso [email protected]

Dr. Edgar [email protected]

1 Introduccion

La correlacion de fase es una tecnica muy popular para encontrar el desplazamiento o retardo queexiste entre dos senales, o bien, la traslacion entre dos imagenes digitales. La tecnica se basa en lapropiedad de desplazamiento de la transformada de Fourier. Mas especıficamente, consideremos dossenales discretas f [x] y g[x] de periodo N , donde una de ellas es una version retardada de la otra,digamos g[x] = f [x− d], de manera que la FFT G[k] de g esta dada por G[k] = F [k] exp{−2πjkx/N},donde F es la FFT de f . Si definimos la funcion de correlacion de fase (POC, por su siglas en ingles)como

r[x] = F−1

{F [k]G∗[k]|F [k]G∗[k]|

}, (1)

donde F−1 representa la transformada inversa de Fourier y G∗ representa el complejo conjugado deG, entonces se puede demostrar que r[x] = δ[k + d], por lo tanto, uno puede simplemente estimar elretardo entre ambas senales simplemente como d = arg maxx r[x].

Existen numerosas aplicaciones del metodo de correlacion de fase en el analisis de imagenes. Demanera directa, el metodo puede aplicarse en el registro (alineamiento) traslacional de imagenes, y me-diante una transformacion log-polar tambien es posible encontrar la rotacion y cambio de escala. Estotiene un sinfın de aplicaciones como alineamiento de imagenes medicas, reconstruccion de imagenes desuper-resolucion e imagenes panoramicas a partir de cuadros mas pequenos, y reconstruccion de mapasa partir de imagenes satelitales. Por otra parte, tambien es posible utilizar la POC para estimacionde movimiento, lo cual tiene aplicaciones en vision estereoscopica [1], estimacion de flujo optico [2],codificacion de video [3], sistemas de vigilancia y deteccion de movimiento, etc.

Una de las principales desventajas de este metodo es que, siendo la POC una senal discreta, solopermite recuperar retardos enteros. Existen sin embargo varias propuestas en la literatura para estimarlos maximos de la funcion POC con precision sub-pixel. La mayorıa de las propuestas se basan enajustar una funcion analıtica localmente alrededor de cada maximo de la POC [4],[5],[6], o bien, ajustaruna funcion lineal a la fase del espectro cruzado normalizado [7].

2 Propuestas para proyecto de tesis

2.1 Estudio comparativo de metodos para mejorar la precision de la POC

En este proyecto, se proponen nuevos metodos para la estimacion de los maximos de la funcion POC conprecision sub-pixel. El trabajo principal consistira en implementar y evaluar tanto los metodos nuevos,como los metodos ya propuestos en la literatura, realizando un comparativo basado en criterios como:precision, robustez ante ruido, robustez ante multiples movimientos y bordes de objetos, y complejidadcomputacional. El trabajo puede complementarse con una aplicacion sencilla (por ejemplo, el registrorıgido de imagenes medicas, o la estimacion de flujo optico) donde se aprecie el desempeno de cadauno de los metodos bajo distintas situaciones mas realistas.

Propuestas Tesis 2012 Pag. 1

Figure 1: Ejemplo de busqueda aproximada de cadenas utilizando correlacion de fase: el numero de’X’ debajo de cada sımbolo representa una medida de la probabilidad de observar una instancia de lacadena patron (en este caso, ’ing’) en la posicion correspondiente.

2.2 Aplicacion de la POC a la busqueda aproximado de cadenas

La segunda propuesta se orienta al desarrollo de una nueva aplicacion, la cual consiste en encontrar,dentro de una secuencia de sımbolos (por ejemplo, caracteres de texto), todas las sub-secuencias quese asemejen a un patron dado.

A traves de la funcion POC es posible construır un algoritmo que detecte de manera eficientelas posibles instancias de una cadena patron dentro de un texto de mayor longitud, proporcionandoademas un ındice de semejanza entre cada instancia y la cadena patron. Un ejemplo del resultado deesta busqueda se muestra en la Figura 1.

La busqueda aproximada de cadenas tiene multiples aplicaciones, entre las cuales se cuentan:busqueda en textos y bases de datos, correctores de ortografıa, bioinformatica, filtrado de correospam, deteccion de plagio, y otras.

3 Requisitos

Para el desarrollo de estos proyectos, es indispensable que los alumnos tengan habilidad y experienciaen programacion en lenguaje C/C++. Ası mismo, se sugiere que los alumnos involucrados cursen lamateria de Procesamiento Digital de Imagenes.

References

[1] Alfonso Alba and Edgar Arce-Santana. Phase-correlation guided search for realtime stereo vision. 13thInternational Workshop on Combinatorial Image Analysis, Lecture Notes in Computer Science, 5852:212–223, 2009.

[2] Alfonso Alba, Edgar Arce-Santana, and Mariano Rivera. Optical flow estimation with prior models obtainedfrom phase correlation. 6th International Symposium on Visual Computing, Lecture Notes in ComputerScience, 6453:417–426, 2010.

[3] Ruth Mariela Aguilar-Ponce, Jose Luis Tecpanecatl-Xihuitl, Alfonso Alba-Cadena, and Edgar Arce-Santana. Poc-guided area matching algoritm for video encoding. In Proceedings of the 53rd IEEE In-ternational Midwest Symposium on Circuits and Systems, Seattle, Washington, pages 503–508, 2010.

[4] Hassan Foroosh, Josiane B Zerubia, and Marc Berthod. Extension of phase correlation to subpixel regis-tration. IEEE Transactions on Image Processing, 11(3):188–200, 2002.

[5] Kenji Takita, Takafumi Aoki, Yoshifumi Sasaki, Tatsuo Higuchi, and Koji Kobayashi. High-accuracysubpixel image registration based on phase-only correlation. IEICE Trans. Fundamentals, E86-A(8):1925–1934, 2003.

[6] Kenji Takita, Mohammad Abdul Muquit, Takafumi Aoki, and Tatsuo Higuchi. A Sub-Pixel CorrespondenceSearch Technique for Computer Vision Applications. IECIE Trans. Fundamentals, E87-A(8):1913–1923,2004.

[7] William Scott Hoge. A subspace identification extension to the phase correlation method. IEEE Transac-tions on Medical Imaging, 22(2):277–280, 2003.


Título del Proyecto

Estudio Cuantitativo de Tècnicas de Decomposiciòn Espectral

Asesor: Dr. Daniel U. Campos Delgado Co-Asesor: Dr. Edgar Arce Santana

Resumen Las propiedades ópticas de los materiales y tejidos tienen un papel relevante en la identificación no-invasiva de compuestos, ésto con múltiples aplicaciones como en geociencias, ingeniería biomédica y química, entre otras. Este enfoque también tiene relavancia en la imagenología de sensado a distancia (remote-sense imaginery) por medio de satelites, donde se buscan identificar los compuestos existentes en un terreno o área geográfica [1]. La idea principal es medir la radiación espectral de un pixel (área geográfica) a través de la integración de la radiación reflejada de todos los objetos desde la vista instantánea del terreno [2]. Enseguida se asume una mezcla lineal entre los perfiles espectrales de los componentes y sus concentraciones, y el problema se centra en identificar tanto el número de componentes, como los perfiles y sus concentraciones en cada medición que mejor reproduscan los datos. Esta idea es paralela, a la identificación de elementos y sus concentraciones en imágenes de microscopia de tiempo de vida de fluorescencia (FLIM).

En este planteamiento, es crucial la suposición de que los componentes de los perfiles (endmembers) siempre son positivos y están normalizados, así como las concentraciones (abundances). De esta manera, toda medición se modela, como un punto dentro del simplejo (simplex) formado por los perfiles [1]. Al respecto, existen una gran cantidad de propuestas que buscan resolver el problema de forma eficiente [2], por ejemplo basadas en factorización no-negativa de matrices (FNNM) [3], estimación Bayesiana [4] y optimización [5]. Sin embargo, se hace necesario analizar sus ventajas y desventajas con respecto de complejidad y tiempo de convergencia, y el tipo de la aplicación que se tenga en mente. Objetivo General Estudiar las técnicas de decomposición espectral basadas en FNNM, estimación Bayesiana y optimización, con respecto de sus propiedades de convergencia y requerimiento computacional, considerando aplicaciones en imágenes de sensado remoto y datos FLIM. Objetivos Particulares

• Analizar los algoritmos de decomposición espectral basados en FNNM [3], estimación Bayesiana [4] y optimización [5], y compararlos con la propuesta reciente de este grupo de trabajo.

• Implementar estas técnicas en MATLAB, y estudiar su complejidad y caracetrísticas de convergencia.


• Aplicar estos algoritmos a 2 casos de estudio: imágenes de sensado remoto y datos FLIM.

• Cuantificar el desempeño de los algoritmos estudiados y presentar ventajas/desventajas de cada uno.

Cursos Propuestos (3er Semestre)

1. Detección y Estimaciòn 2. Optimización

Cronograma de Actividades

Actividad 2012 2013 Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago

Revisión bibliográfica Análisis de las técnicas de decomposición espectral Implementación de los algoritmos en MATLAB Evaluación de los algoritmos en imágenes de sensado remoto

Evaluación de los algoritmos en datos FLIM

Análisis final de los algoritmos con respecto de cada caso de estudio Redacción de la Tesis Presentación del Examen Previo Correcciones de la Tesis y Presentación del Examen Final

Bibliografía

[1] Keshava, N.; Mustard, J.F.; , "Spectral unmixing," Signal Processing Magazine, IEEE , vol.19, no.1, pp.44-57, Jan 2002


[2] Bioucas-Dias, J.M.; Plaza, A.; , "An overview on hyperspectral unmixing: Geometrical, statistical, and sparse regression based approaches," Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), 2011 IEEE International , vol., no., pp.1135-1138, 24-29 July 2011.

[3] Jia, S.; Qian, Y.; , "Constrained Nonnegative Matrix Factorization for

Hyperspectral Unmixing," Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on , vol.47, no.1, pp.161-173, Jan. 2009

[4] Schmidt, F.; Schmidt, A.; Tréguier, E.; Guiheneuf, M.; Moussaoui, S.;

Dobigeon, N.; , "Implementation Strategies for Hyperspectral Unmixing Using Bayesian Source Separation," Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on , vol.48, no.11, pp.4003-4013, Nov. 2011

[5] Berman, M.; Kiiveri, H.; Lagerstrom, R.; Ernst, A.; Dunne, R.; Huntington, J.F.;

, "ICE: a statistical approach to identifying endmembers in hyperspectral images," Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on , vol.42, no.10, pp. 2085- 2095, Oct. 2004


Reconstrucción Tridimensional de Superficies para la Conservación

de Bienes Culturales

Contexto

El análisis de irregularidades de superficies es de mucha importancia en diferentes campos de la

ciencia, de la ingeniería y de la arquitectura. También en el campo de la conservación de los bienes

culturales, la posibilidad de cuantificar el tipo de superficie y de irregularidades presentes es muy

importante dado que está se relaciona con el estado de conservación del objeto de estudio.

La posibilidad de efectuar un escaneo de superficies con la creación de un modelo digital de las

mismas con una resolución sub-milimétrica ofrece múltiple posibilidad de análisis en el campo de

los bienes culturales. Entre las posibles aplicaciones que se prevén para el equipo desarrollado en

este proyecto son el estudio de las deformaciones de los lienzos de pinturas de caballete, el

análisis de las alteraciones superficiales de las pinturas murales (presencia de levantamientos,

costras, faltantes, fracturas entre otras) o el estudio de la superficie de piedras ornamentales, por

mencionar algunas. La exacta cuantificación de la morfología superficial puede llevar a construir

modelos de evolución de las alteraciones; muy difíciles de realizar de una forma cuantitativa por

medio de otros métodos. Un uso, igualmente importante del equipo que se propone, consiste en

la evaluación del resultado de la aplicación de tratamientos conservativos, tales como el rentelado

de pintura sobre lienzo, la consolidación de la capa pictórica a los diferentes soportes o el

resultado de la aplicación de injertos en materiales constituyentes los objetos artísticos.

Descripción del Equipo

El instrumento que se pretende realizar se basa en un sistema de visión activa con el método de

línea laser [Russ, 1990; Curless, 2000; Zhang et al., 2006], ya usado en la reconstrucción de

modelos digitales de obras de arte [Bernardini y Rushmeier, 2002].


El método consiste en proyectar una línea delgada por medio de un laser sobre el objeto que se

quiere reconstruir tridimensionalmente. Esta línea será captada por un par de cámaras de tal

forma que sea posible realizar un escaneo tridimensional por medio de técnicas de estereoscopía

[Cyganek, B. 2009]. Así, realizando un barrido por medio de estas líneas láser, se pretende

reconstruir digitalmente el objeto en estudio.

Objetivos

1. Construcción de un instrumento de bajo costo, basado en un sistema de visión activa con

el método de la línea laser y estereoscopía para la reconstrucción tridimensionales de

modelos de superficies.

2. Calibración del dispositivo para la reconstrucción de modelos tridimensionales de

superficies.

3. Aplicación del sistema desarrollado a la cuantificación de las irregularidades y/o

alteraciones presentes en superficie de pinturas con diferentes soportes: tela, aplanados y

piedra.

Materias a Cursar Recomendadas

1. Procesamiento Digital de Imágenes.

2. Optimización.

Asesor y Coasesores

Dr. Edgar Román Arce Santana (Facultad de Ciencias), Dr. Damiano Sarocchi (Inst. de Geología

UASLP) y M.A.Rest. Maria del Carmen Casas Pérez (Facultad del Hábitat).

Referencias

F. Bernardini, H.E. Rushmeier (2002). The 3D Model Acquisition Pipeline. Comput. Graph. Forum

21(2): 149-172.

B. Curless, (2000). "From Range Scans to 3D Models," ACM SIGGRAPH Computer Graphics, Vol. 33,

Issue 4, pp.38-41.

J. C. Russ (1990). Computer Assisted Microscopy. Plenum Press, New York.

S. Zhang, P. Huang (2006). "High-resolution, real-time 3-D shape measurement", Optical

Engineering, 2006, pp.123601.

Cyganek, B. 2009. An Introduction to 3D Computer Vision Techniques and Algorithms, United

Kingdom, John Wiley & Sons,.


Titulo del Proyecto

Procesamiento de imágenes para el control de navegación de un robot. Asesor: Dra. Elvia Ruth Palacios Hernández

Co-Asesor: Dr. Antonio Marín Hernández (Universidad Veracruzana)

Resumen

La robótica móvil es un buen ejemplo de un área pluridisciplinaria que implica un gran número de aéreas temática tales como la mecánica, la Mecatrónica, la electrónica, el control automático, la informática o la inteligencia artificial. En función de la temática una definición de un robot móvil seria: Un robot es una maquina equipada de capacidades de percepción, de decisión y de acción que le permiten de desplazarse o actuar de forma independiente en su ambiente dependiendo de la percepción que tenga. Algunos de los campos de la robótica móvil son:

- Generación de trayectorias (Path Generation) - Planificación de trayectorias (Path Planning). - Caminos de curvatura continua (Continuous-Curvature Path). - Control cinemático (Kinematic Control). - Seguimiento de líneas (Line Tracking). - Visión artificial (Computer Vision).

La visión artificial (Computer Vision) en un robot móvil tiene muchas aplicaciones que se pueden desarrollar mediante un sistema de visión, pero entre todas ellas destacaremos la del seguimiento de caminos. Muchas investigaciones han desarrollado técnicas de detección de bordes para poder determinar con precisión el camino que debe seguir el robot. Una vez detectada la región de interés se puede aproximar el camino mediante tramos rectos o curvos, fáciles de parametrizar, de modo que se defina un modelo que sirva como referencia al vehículo autónomo. Por último, una vez detectado y modelado el camino se puede determinar un punto objetivo y aplicar una ley de control para reducir el error. Por lo tanto se podría dividir este tipo de aplicaciones en tres etapas: i) Detección de línea o camino (Visión u otro sistema sensorial). ii) Modelado del camino y obtención de un punto objetivo (Modelado de curvas). iii) Generación de la trayectoria y/o aplicación de la ley de control (Control cinemático). El robot TurtleBot lo presentan como un "camarero robótico", aunque, realmente el uso que se le á dará es el de experimentar y jugar con él y su software, su software es gratuito y de código abierto (la plataforma ROS) y el robot trae "de fábrica" módulos de software funcionales para muchos de los problemas más importantes que debe resolver un robot móvil en un entorno de humanos. Puede construir mapas del entorno (SLAM) o identificar los movimientos de personas gracias al sensor Kinect.


Objetivo general: Desarrollo de algoritmos para el seguimiento de trayectorias y/ navegación del robot TurtleBot. Cursos propuestos (3er semestre)

1. Detección y estimación 2. Procesamiento de Imágenes

Cronograma de actividades

Actividad

2012 2013

Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago

Revisión bibliográfica

Obtención de las imágenes a través del Kinect del robot

Procesamiento de las imágenes para la navegación del robot y proposición de algoritmos

Redacción de Tesis

Presentación del Examen Previo

Correcciones de la Tesis y Presentación del Examen Final


Reconstrucción tridimensional de objetos (escáner 3D) con precisión milimétrica utilizando un sensor de profundidad Kinect

Contexto

La comercialización masiva de sensores de profundidad del tipo Kinect ha revolucionado las aplicaciones industriales, científicas y de entretenimiento relacionadas con la modelación tridimensional (virtualización de objetos, robótica, interfaces hombre-máquina, diseño, reingeniería, etc). La precisión de la reconstrucción tridimensional obtenida mediante estos sensores sin procesamiento adicional dista mucho de la requerida para algunas aplicaciones como, por ejemplo, la virtualización de modelos de piezas de arte, arqueológicas, anatómicas o mecánicas de precisión, etc. La precisión está limitada por diversas razones: (i) la resolución de la imagen de profundidad (640x480) ha sido intencionalmente reducida para satisfacer la tasa de adquisición (30Hz) del sensor en su utilización en juegos de video; (ii) el rango de profundidad cuenta con 2048 niveles de profundidad pero está limitado a distancias de 1 a 3 metros aprox.; (iii) las mediciones de la proyección infrarroja dependen de las condiciones ambientales y de iluminación y el ruido electromagnético en la escena, así como obstáculos, etc.

Cada cubo en esta imagen representa el voxel correspondiente a un pixel en la imagen y su respectiva profundidad.

Cada color en esta imagen representa la profundidad de la región correspondiente (las rojas son las más cercanas, las azules son las más alejadas). Las regiones negras corresponden a zonas que están fuera del rango de profundidad o que por ruido de sensado no pudieron ser medidas.

Objetivos

En la presente propuesta se busca resolver el problema de reconstrucción tridimensional de sólidos, en una escala que varía entre uno y diez decímetros aproximadamente, mediante el uso de un sensor de profundidad como el descrito anteriormente; por ello se busca:• Poder adquirir, almacenar y procesar imágenes adquiridas mediante un sensor de profundidad

en una computadora, todo ello en tiempo real.


• Generar una malla tridimensional que se ajuste a cada uno de los mapas de profundidad obtenidos, representando el sólido a reconstruir.

• Diseñar un dispositivo para el desplazamiento del objeto (o del sensor), para que se puedan obtener imágenes (de profundidad) del objeto desde diferentes puntos de observación.

• Fusionar las imágenes de profundidad del objeto para generar una malla tridimensional precisa asociada a la representación sólida virtual de éste.

• Evaluar la precisión de las reconstrucciones obtenidas mediante el sistema propuesto.

Bibliografía:

[Newcombe’11] R. Newcombe, S. Izadi, O. Hilliges, D. Molyneaux, D. Kim, A. Davison, P. Kohli, J. Shotton, S. Hodges, A. Fitzgibbon. KinectFusion: Real-Time Dense Surface Mapping and Tracking. In Proc. International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR'11).

Asesores: Edgar Arce y Flavio ViguerasMaterias a cursar: Optimización y Procesamiento digital de imágenes


Localización y construcción simultánea de mapas en pequeños entornos para unidades de procesamiento limitado

Contexto

Crear de manera automática un mapa global del escenario observado en tiempo real y localizar simultáneamente la cámara que adquiere las imágenes para la construcción de dicho mapa son dos de los problemas más importantes de la visión artificial aún no resueltos en su totalidad. Cuando se busca resolver estas tareas aparecen los siguientes problemas: una buena localización normalmente requiere de un conocimiento preciso del entorno y viceversa, una reconstrucción precisa del entorno exige a su vez saber dónde se encontraban las cámaras que adquirieron las imágenes de la escena. Una gran cantidad de soluciones han sido propuestas al respecto utilizando diferentes tipos de sensores (lidares, radares, sonares, cámaras estereoscópicas, sensores de profundidad, etc.) y de unidades de procesamiento (e.g., procesadores con varios núcleos para el cómputo en paralelo). No obstante, muchas aplicaciones requieren movilidad (equipos ligeros y portátiles) o de emplear únicamente los recursos con los que ya cuentan los dispositivos (e.g., algunos tipos de robots) y que usualmente disponen de unidades de procesamiento no muy poderosas, como es el caso de los teléfonos celulares, las tabletas y los procesadores embebidos en algunos sistemas robóticos y móviles en general.

Objetivos

En la presente propuesta se busca resolver los problemas presentados en el párrafo anterior mediante las siguiente metodología:• Analizar la complejidad computacional de las técnicas en el estado del arte para la localización

y construcción simultánea de mapas. Las etapas a analizar de estos procedimientos son: detección de características en la escena, registro de características con respecto al mapa actual, localización de la cámara con respecto al mapa actual, mejoramiento de la precisión del mapa, inserción de nuevas características al mapa, filtrado de la trayectoria del dispositivo de adquisición.

• Determinar el (o los) bloque(s) que requieren mayor poder de cómputo durante el proceso y proponer una estrategia de reducción de la complejidad computacional en éstos.

• Implementar la metodología propuesta en un dispositivo portátil del tipo tableta o teléfono celular, con sistema operativo Android o iOS.

• Demostración de la eficacia del sistema para alguna de las siguientes aplicaciones, en un entorno pequeño en interiores:

• Localización de una persona invidente utilizando un teléfono celular inteligente.• Localización de un robot humanoide del tipo Nao.• Realidad Aumentada para una tableta provista con cámara digital.


Proyección del mapa espurio sobre una imagen de la escena.

Representaciones 2D y 3D del mapa de una escena.

Robot Nao. Posee una cámara digital y un procesador embebidos.

Bibliografía:

[Klein’07] G. Klein, D. Murray. Parallel Tracking and Mapping for Small AR Workspaces. In Proc. International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR'07).[Klein’09] G. Klein, D. Murray. Parallel Tracking and Mapping on a Camera Phone. In Proc. International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR'09).

Asesores: Flavio Vigueras y Jean-Bernard Hayet (CIMAT)Materias a cursar: Optimización y Procesamiento digital de imágenes


Desarrollo de esquemas de control de interaccion para

robots manipuladoresDra. Isela Bonilla, Dr. Daniel U. Campos Delgado

I. Introduccion

El problema de control de interaccion consiste en la regulacion de las fuerzas y/o pares generados durante el desarro-llo de una tarea en la cual el efector final de un robot manipulador tiene contacto fısico con su entorno. El objetivoprincipal es mantener las fuerzas de contacto limitadas, asegurando un comportamiendo docil entre el efector finaldel robot y su entorno.

El control de interaccion ha sido abordado principalmente utilizando dos estrategias generales: la primera, lla-mada control hıbrido de fuerza/posicion [1], la cual divide el espacio de trabajo del robot en direcciones ortogonalesque son restringidas en fuerza o posicion y se disena un controlador apropiado de fuerza o posicion para cada direccion.La segunda estrategia, denominada control de impedancia [2], esta basada en el control de la relacion entre la fuerzade interaccion y los errores de posicion, resultantes de esta fuerza. La interaccion dinamica entre el robot manipu-lador y su entorno puede ser regulada y controlada cambiando su impedancia mecanica (relacion fuerza/movimiento).

Estos esquemas han sido ampliamente utilizados en diversas tareas industriales, como son pulido, maquinado,ensamblado, etc. Especıficamente, el control de impedancia representa una estrategia muy relevante en tareas deinteraccion humano-robot, por ejemplo: tareas industriales de guiado activo, teleoperacion bilateral, etc [3]-[5]. Lamedicina representa una area de gran aplicacion, debido a la existencia de una interaccion entre el sistema roboticoy el ser humano, la rehabilitacion neurologica surge entonces como una de sus principales areas de aplicacion. Unrobot manipulador equipado con sensores de fuerza y esquemas de control de impedancia permite la asistencia a per-sonas con problemas o atrofias musculares; ası mismo, permite a un especialista ampliar sus conocimientos, obtenermejores diagnosticos y seleccion de rutinas terapeuticas optimas y eficientes para el paciente, lo que lleva a un rapidoproceso de recuperacion, logrando los resultados esperados en menor tiempo [6]-[8].

La idea fundamental del control de impedancia es que las restricciones del entorno imponen una relacion entrela posicion del manipulador y la fuerza de contacto ejercida por el entorno. En un esquema clasico de control deimpedancia, con base en el concepto de dinamica inversa [9]-[10], los pares para un robot de n grados de libertadson elegidos como

τ = M(q)J−1(q)[a − J(q)q] + C(q, q)q + g(q) + fr(q) + JT (q)fe. (1)

donde M(q) > 0 ∈ IRn×n es la matriz simetrica de inercia, C(q, q) ∈ IRn×n es la matriz de fuerzas centrıpetas yde Coriolis, g(q) ∈ IRn es el vector de pares gravitacionales, fr(q) ∈ IRn es el vector de pares debidos a la friccion,J(q) ∈ IRm×n es la matriz Jacobiana del manipulador, y fe ∈ IRm denota el vector de fuerzas de contacto o inte-raccion [11].

La ecuacion para el comportamiento deseado puede ser considerada como una especificacion de la aceleraciondeseada del extremo final, la cual es resultado de una fuerza externa aplicada en la admitancia del manipulador.Entonces, la entrada de control a es elegida como

a = ad + M−1

d

[

Kdx + Bd˙x − f e

]

(2)

donde las matrices de parametros Md ∈ IRm×m, Bd ∈ IRm×m y Kd ∈ IRm×m representan la inercia, el amor-tiguamiento y la rigidez, respectivamente, para la impedancia mecanica deseada entre el error de posicion x ∈ IRm

del efector final y las fuerzas de contacto fe.

II. Propuesta para proyecto de tesis

El objetivo principal de este proyecto es disenar nuevos esquemas de control de interaccion para robots manipuladores.Ası mismo, se propone realizar una comparacion experimental entre los esquemas que existen en la literatura y

1


los esquemas propuestos, evaluando principalmente el desempeno en tareas de interaccion humano-robot. Comoplataforma experimental se cuenta con el laboratorio de robotica de la Benemerita Universidad Autonoma de Puebla,sin embargo, se contempla construir un prototipo robotico de dos grados de libertad planar que sirva como plataformaexperimental en esta facultad.

III. Requisitos

Para el desarrollo de este proyecto es indispensable que el alumno tengan habilidad y experiencia en programacionel lenguaje C. Ası mismo, se propone que el alumno involucrado curse las materias de Automatizacion de Procesosy Topicos Selectos en Ingenierıa Electronica.

A. Conograma de actividades

Actividad / Mes I II III IV V VI VII VIII IX X XI XIIInvestigacion bibliografica • • • • • • • • • • • •

Curso I • • • • • •

Curso II • • • • • •

Diseno de los algoritmos de control de interaccion • • • • •

Simulacion • • • •

Pruebas experimentales • • •

Escritura de la Tesis • • •

Referencias

[1] M. Raibert and J. Craig, Hybrid Position/Force Control of Manipulators, ASME Journal of Dynamic Systems, Measure-ment and Control, 102, 1981, 126-133.

[2] N. Hogan, Impedance Control: An Approach to Manipulation: Part I-Theory, Part II-Implementation and Part III-Applications, ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 107, 1985, 1-24.

[3] I. Bonilla, F. Reyes, M. Mendoza, and E. Gonzalez-Galvan, A Dynamic-Compensation Approach to Impedance Controlof Robot Manipulators, Journal of Intelligent and Robotic Systems, 63(1), 2011, 151-73.

[4] I. Bonilla, Control de Interaccion de Robots Manipuladores en Tareas Industriales y de Rehabilitacion. Tesis Doctoral,Facultad de Ingenierıa, Universidad Autonoma de San Luis Potosı, 2011.

[5] M. Mendoza, F. Reyes, I. Bonilla, and E. Gonzalez-Galvan, Proportional-Derivative Impedance Control of Robot Ma-nipulators for Interaction Tasks, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems andControl Engineering, 225(3), 2011, 315-329.

[6] U. Atushi, S. Yukio and F. Koichi, A Study on Power-Assisted Rehabilitation Robot Arms Operated by Patient withUpper Limb Disabilities, In: IEEE 11th International Conference on Rehabilitation Robotics, 451-456, 2009, Kyoto,Japan.

[7] H.I. Krebs, N. Hogan, M.L. Aisen and B.T. Volpe, Robot-aided Neurorehabilitation. IEEE Transactions on RehabilitationEngineering, 6(1), 1998, 7587.

[8] S. Liu, Y. Xie, S. Jiang and J. Meng, Interactive Control for the Arm Rehabilitation Robot, In: International Workshopon Intelligent Systems and Applications, 1-4, 2009, Wuhan.

[9] L. Sciavicco and B. Siciliano, Modeling and Control of Robot Manipulators (New York: McGraw-Hill, 1996).

[10] S. Chiaverini, B. Siciliano and L. Villani, A Survey of Robot Interaction Control Schemes with Experimental Comparison,IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 4, 1999, 273-285.

[11] C. Canudas, B. Siciliano and G. Bastin, Theory of Robot Control (London: Springer-Verlag, 1996).

2


Arquitectura Reconfigurable para Video Compresión Asesor: Dr. Jose Luis Tecpanecatl Xihuitl

Co-asesor: Dra. Ruth M. Aguilar Ponce

Motivación

La demanda de video comunicaciones ha ido creciendo en los últimos años. Los dispositivos

móviles están capacitados para establecer video conversaciones y en algunos países inclusive se

transmite televisión hacia los teléfonos móviles. Esta creciente demanda de la inclusión de video

requiere que los dispositivos móviles tengan la capacidad de reproducir video codificado en

diferentes estándares. Los diferentes estándares que se encuentran en uso actualmente incluyen

MPEG-2/4, CV-1, H.264/AVC y AVS. Los codificadores normalmente se encuentran implementados

en software, sin embargo, debido a su alta demanda de cómputo, estos consumen mucha

potencia por lo que la batería se agota rápidamente cuando se transmite video. Debido a esto, la

tendencia es a implementar estos codificadores en hardware en forma de aceleradores. Debido a

lo anterior, la integración de los diferentes circuitos de codificación en un solo chip incrementaría

su área y su consumo de potencia, lo cual produciría un diseño ineficiente en todo sentido.

Uno de los principales retos en el diseño de dispositivos móviles es el uso eficiente de la energía

de la batería. Por lo cual resulta de suma importancia crear una arquitectura reconfigurable la cual

pueda ser utilizada en los diferentes estándares de codificación.

En video compresión, la transformada del coseno discreta o DCT por sus siglas en ingles, es usada

como bloque central de codificación. En los diferentes estándares de codificación se utilizan

diferentes matrices de transformación DCT, las cuales guardan similitudes entre ellas que podría

ser aprovechada para crear una arquitectura reconfigurable y así reducir su área. Adicionalmente,

otro factor importante a reducir es la cantidad de operadores aritméticos involucrados en la DCT,

tales como los multiplicadores. Los cuales pueden ser sustituidos utilizado algoritmos basados en

multiplicación de múltiples constantes o MCM por sus siglas en ingles. Uno de estos algoritmos

está basado en la arquitectura NEDA o New Distributed Arithmetic [2], la cual sustituye los bloques

multiplicadores por sumadores y corrimientos.

Objetivo General

El objetivo principal es el diseño de una arquitectura reconfigurable para codificación multi-

estándar de video.

Objetivos Particulares

Proponer una arquitectura reconfigurable para la implementación de la DCT utilizada en

los diferentes estándares de codificación de video.

Validación de la arquitectura propuesta por medio de la simulación a nivel sistema.


Características deseables en el candidato

Conocimientos en comunicaciones, procesamiento digital de señales, así como de

electrónica digital.

Auto-motivación e iniciativa.

Materias a cursar

Tópicos Selectos de Ingeniería Electrónica

Codificación de Datos o Procesamiento de Imágenes


Revisión

Bibliográfica

Arquitectura

Reconfigurable

Bloque de

diseño MCM

Verificación de la

implementación

Escritura de Tesis

Junio

Julio

Agosto

Sept

Oct

Nov

Dec

Enero

Febr

Marzo

Abril

Mayo

Referencias

[1] Kanwen Wang; Jialin Chen; Wei Cao; Ying Wang; Lingli Wang; Jiarong Tong; , "A Reconfigurable

Multi-Transform VLSI Architecture Supporting Video Codec Design," Circuits and Systems II:

Express Briefs, IEEE Transactions on , vol.58, no.7, pp.432-436, July 2011

[2] Shams, A.M.; Chidanandan, A.; Pan, W.; Bayoumi, M.A.; , "NEDA: a low-power high-

performance DCT architecture," Signal Processing, IEEE Transactions on , vol.54, no.3, pp. 955-

964, March 2006


Valoracion del campo visual mediante EEG

Dr. Alfonso [email protected]

Dr. Martın [email protected]

1 Introduccion

La campimetrıa visual es un estudio que se realiza para determinar la extension y alteraciones delcampo visual; es decir, la region del espacio que el ojo puede captar cuando esta inmovil. Este estudioes de gran importancia para el diagnostico y seguimiento de algunas enfermedades del ojo.

La campimetrıa tıpicamente se realiza mediante un equipo especial (llamado campımetro), el cualcuenta con una pantalla o superficie concava donde se proyectan o encienden puntos luminosos deintensidad variable. El sujeto se posiciona frente a esta superficie viendo hacia el frente, mientras en elaparato se proyectan puntos de luz en distintas posiciones y con diferente intensidad. El campımetrocuenta tambien con un boton que el sujeto debe pulsar cuando observa el punto luminoso. Cada vezque se enciende un punto, el dispositivo registra la respuesta del sujeto, y a partir de sta construyeun mapa del campo visual, indicando el grado de sensibilidad del ojo en distintas regiones del espaciovisual.

Uno de los principales problemas con el estudio de la campimetrıa radica en la dependencia de unarespuesta (posiblemente subjetiva) por parte del sujeto. El estudio es relativamente largo y tedioso(aprox. 15 minutos), por lo que es comun que el sujeto se canse y deje de responder a todos losestımulos. Igualmente, es posible que exista una latencia o retraso significativo en la respuesta delsujeto que pueda confundir los resultados: el sujeto responde de manera tardıa a un estımulo y elsistema no alcanza a registrar la respuesta, o peor aun, el sistema asocia la respuesta al siguienteestımulo. Ademas de este, existen otros factores que pueden llegar a alterar los resultados de lacampimetrıa, como el movimiento del ojo, o distracciones externas.

2 Propuesta para proyecto de tesis

En este proyecto, se propone el desarrollo de un campımetro donde se elimine la dependencia derespuestas subjetivas. Para esto, se propone utilizar el EEG para detectar las respuestas evocadasvisuales directamente que se registren directamente en la corteza visual, evitando ası la toma dedecisiones y respuesta motriz por parte del sujeto.

En una primer etapa se estudiara la correlacion entre la respuesta del sujeto (por medio del boton)y el EEG observado, tratando de establecer los rasgos de interes para la deteccion automatica dela respuesta visual. Posteriormente se procedera al diseno de los algoritmos de deteccion, junto conmetodos estadısticos que incrementen la robustez de las estimaciones. Finalmente se pretende realizardiversos estudios utilizando el prototipo desarrollado, y compararlos con los resultados de un experto.

Adicionalmente, se puede agregar al prototipo un sistema de vision computacional para el seguimientode la retina, con el objeto de detectar movimientos del ojo que puedan afectar las estadısticas.

3 Requisitos

Para el desarrollo de este proyecto, es indispensable que los alumnos tengan habilidad y experienciaen programacion en lenguaje C/C++. Ası mismo, se sugiere que los alumnos involucrados cursen lamateria de Procesamiento Digital de Imagenes.



Desarrollo de un Sistema Electrónico para el Control de la Dosificación de Oxígeno

Asesor: Dr. Martín O. Méndez García

Co-Asesor: : Dr. Daniel Ulises Campos Delgado

Resumen El oxígeno es el gas más utilizado y de relevancia dentro del sector hospitalario. Sus usos más comunes dentro de los hospitales es en terápia respiratoria, reanimación, cuidados intensivos y anestesia. La administración del oxígeno al paciente se basa en asegurar su abastecimiento para compensar alguna deficiencia y aumentar la eficiencia del proceso respiratorio. Sin embargo, en la práctica clínica es poco común encontrar métodos que ayuden a dosificar la cantidad oxígeno requirida por el paciente. La falta de una dosificación adecuada produce una serie de problemas tanto económicos como de salud. Por ejemplo, se ha observado que uno de los factores responsables de la retinopatía del prematuro es la administración del oxígeno en las incubadoras. Esto se debe a que la incubadoras no cuentan con un sistema para controlar la administración del oxígeno al prematuro basado en la medición de la saturación de oxígeno en la sangre. Otro ejemplo típico es en terápia respiratoria, en el cual las enfermeras abren completamente la válvula de salida del oxígeno sin tomar en cuenta las necesidad real del paciente. Esto genera una pérdida del gas generando altos costes al hospital.

Objetivo General Este proyecto propone como objetivo principal desarrollar un sistema económico y compacto para la dosificación automática de oxígeno al paciente basado en bioretroalimentación. Objetivos Específicos

• Desarrollar una etapa de sensado para la saturación de oxígeno que pueda ser utilizada en infantes y adultos.

• Desarrollar una etapa de actuación para el suministro de oxígeno de forma controlada.

• Integrar en Labview un etapa de adquisición de la señal de saturación de oxígeno, procesado y control en función de un nivel de referencia, y accionamiento automàtico del dosificador de oxìgeno.

• Realizar pruebas piloto para validar el sistema de regulación de oxígeno. Cursos Propuestos (3er Semestre)

1. Automatización de Procesos


2. Instrumentación Virtual / Sistemas Electrónicos Embebidos Cronograma de Actividades

Actividad 2012 2013

Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Revisión bibliográfica

Desarrollo del sistema de control

Implementación y validación del sistema

Redación de Tesis Presentación del Examen Previo Correcciones de la Tesis y Presentación del Examen Final Bibliografía Claure N, Bancalari E. Automated respiratory support in newborn infants. Seminars in Fetal and Neonatal Medicine. 2009 Feb;14(1):35-41. Epub 2008 Oct 1. Nelson Claure, Carmen D'Ugard, Eduardo Bancalari, Automated Adjustment of Inspired Oxygen in Preterm Infants with Frequent Fluctuations in Oxygenation: A Pilot Clinical Trial, The Journal of Pediatrics, Volume 155, Issue 5, November 2009, Pages 640-645.e2. Colm P.F. O'Donnell, Automated Adjustment of Oxygen in Ventilated Preterm Infants: Turn on, Tune in, ROP out?, The Journal of Pediatrics, Volume 155, Issue 5, November 2009, Pages 606-608. "Clinical Guidelines Update — Oxygen". Joint Royal Colleges Ambulance Liaison Committee/Warwick University. April 2009. Retrieved 2009-06-29. Morozoff PE, Evans RW. Closed-loop control of SaO2 in the neonate. Biomed Instrum Technol. 1992 Mar-Apr;26(2):117-23. Anderson JR, East TD. A closed-loop controller for mechanical ventilation of patients with ARDS. Biomed Sci Instrum. 2002;38:289-94. Sun Y, Kohane I, Stark AR. Fuzzy logic assisted control of inspired oxygen in ventilated newborn infants. Proc Annu Symp Comput Appl Med Care. 1994:757-61.


Determinacion de la rigidez pasiva en hombro y codoDra. Isela Bonilla, Dr. Emilio J. Gonzalez

I. Introduccion

En la actualidad, gran parte de la actividad en terapia fısica y robotica de rehabilitacion se ha centrado en la capaci-dad de rehabilitar el movimiento de las personas que han sufrido un evento de enfermedad vascular cerebral (EVC)o lesiones de medula espinal. De forma tradicional, la neurorehabilitacion suele ser suministrada por terapeutasprofesionales, incluyendo terapia fısica, ocupacional y terapia del habla. Este proceso lleva mucho tiempo, en dondeel paciente aprende todos los dıas y realiza movimientos intensivos durante muchas semanas. Estudios realizadospresentan evidencia cientıfica de que la neuro-rehabilitacion es un objetivo logico para la automatizacion, debido ala naturaleza repetitiva de las tareas, la naturaleza mecanica y porque el avance en la recuperacion del paciente estavinculado con la cantidad de repeticiones que realice en su terapia. Ademas un terapeuta robot puede evaluar cuan-titativamente el avance, adaptando la terapia al paciente, permitiendo una planeacion congruente de un programade terapia.

En los ultimos anos se han disenado diversos sistemas roboticos para rehabilitacion, cuya eficiencia ha sidoprobada mediante estudios clınicos [1]-[3]. Algunos de estos disenos estan basados en estudios del movimiento delcuerpo humano, con la finalidad de que el movimiento de los mecanismos imite los movimientos del humano [4]. Porotra parte, considerando la variabilidad de las extremidades humanas y las caracterısticas de las articulaciones, laadaptabilidad del controlador de interaccion es fundamental para permitir el ajuste del comportamiento del robotpara adaptarse mejor a las necesidades del paciente, el control de impedancia ha sido una de las opciones quediversos autores han seleccionado para resolver este problema [5]. Con base en la idea de modular los parametros deimpedancia Tsoi y Xie [6] proponen un controlador de impedancia variable para realizar ejercicios de rehabilitacion,donde los parametros se ajustan de acuerdo a los movimientos del paciente. Por su parte Craig et al. [7] proponen unametodologıa de control para la modulacion de la impedancia de un exoesqueleto en una terapia fısica, permitiendode esta manera ajustar la resistencia del movimiento y ası lograr un fortalecimiento muscular del hombro de unpaciente. Otros autores buscan controlar tanto el seguimiento de la trayectoria como la regulacion de las fuerzas deforma interactiva y en tiempo real con el objetivo de que estas se adapten a los movimientos del paciente y de estamanera controlar su progreso y seguridad durante el desarrollo de la terapia [8]-[9].

Figura 1: a)Trabajo virtual, b) brazo humano

La principal ventaja de modular o sintonizar en tiempo real los parametros de impedancia en las leyes de control,radica en obtener terapias personalizadas que se ajusten a las caracterısticas dinamicas de cada paciente y con ellose obtengan mejores resultados en los procesos de rehabilitacion. Algunos de los estudios realizados con anterioridadse han enfocado en determinar la rigidez pasiva del brazo humano [10]-[11]. Una metodologıa atractiva es el usodel principio de trabajo virtual. Con base en este principio, se obtiene la relacion entre los pares articulares y lasfuerzas generadas en el extremo final (figura 1(a)), es decir, de forma general para un manipulador de n-grados de

1


libertad se tiene que

τ = JT (q)F (1)

donde τ ∈ Rn son los pares articulares y F ∈ Rm son las fuerzas generadas en el efector final respecto a un marcocartesiano fijo [12]. Esta metodologıa puede extenderse para modelar la relacion entre los pares y fuerzas generadasen el brazo humano al interactuar con un robot manipulador y generar un algoritmo para la estimacion de la rigidezpasiva del brazo (hombro y codo).

II. Propuesta para proyecto de tesis

El objetivo principal de este proyecto es proponer una metodologıa para determinar la rigidez pasiva de hombro ycodo de una persona sana, la cual sera validada experimentalmente. Como plataforma experimental se cuenta condos robots industriales equipados con sensores de fuerza/par de la facultad de Ingenierıa de esta universidad, sinembargo, se contempla construir un prototipo robotico planar de dos grados de libertad, que sirva como plataformaexperimental en esta facultad.

III. Requisitos

Para el desarrollo de este proyecto es indispensable que el alumno tengan habilidad y experiencia en programacion enlenguaje C. Ası mismo, se propone que el alumno involucrado curse las materias de Optimizacion y Topicos Selectosde Ingenierıa Electronica.

A. Conograma de actividades

Actividad / Mes I II III IV V VI VII VIII IX X XI XIIInvestigacion bibliografica • • • • • • • • • • • •

Curso I • • • • • •

Curso II • • • • • •

Diseno del algoritmo de estimacion de rigidez pasiva • • • • •

Simulacion • • • •

Pruebas experimentales • • •

Escritura de la Tesis • • •

Referencias

[1] Krebs H.I., Hogan N., Aisen M.L. and Volpe B.T.: Robot-aided Neurorehabilitation. IEEE Transactions on RehabilitationEngineering. 6(1), 7587 (1998).

[2] Buerger S.P., Palazzolo J.J., Krebs H.I. and Hogan N.: Rehabilitation Robotics: Adapting Robot Behavior to Suit PatientNeeds and Abilities. In: Proceedings of the American Control Conference, pp. 3239 - 3244. Boston, Massachusetts (2004).

[3] Yubo Z., Zixi W., Linhong J. and Sheng B.: The Clinical Application of the Upper Extremity Compound MovementsRehabilitation Training Robot. In: Proceedings of the 9th IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics,pp. 91-94. Chicago, IL, USA (2005).

[4] Atushi U., Yukio S. and Koichi F.: A Study on Power-Assisted Rehabilitation Robot Arms Operated by Patient withUpper Limb Disabilities. In: Proceedings of the 11th IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics, pp.451-456. Kyoto, Japan (2009).

[5] I. Bonilla, Control de Interaccion de Robots Manipuladores en Tareas Industriales y de Rehabilitacion. Tesis Doctoral,Facultad de Ingenierıa, Universidad Autonoma de San Luis Potosı (2011).

[6] Tsoi Y.H. and Xie S.Q.: Impedance Control of Ankle Rehabilitation Robot. In: Proceedings of the IEEE InternationalConference on Robotics and Biomimetics, pp. 840 - 845. Bangkok, Thailand (2009).

[7] Craig R.C., Michael P.N., and Stephen N.R.: Controlling Shoulder Impedance in a Rehabilitation Arm Exoskeleton. In:Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 2453-2458. Pasadena, CA, USA(2008).

[8] Liu S., Xie Y., Jiang S. and Meng J.: Interactive Control for the Arm Rehabilitation Robot. In: Proceedings of theInternational Workshop on Intelligent Systems and Applications, pp. 1-4. Wuhan (2009).

2


[9] Chen S., Harwin W. and Rahman T.: The Application of Discrete-Time Adaptive Impedance Control to RehabilitationRobot Manipulators. In: Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 636-642.San Diego, CA , USA (1994).

[10] Rijnveld N., Krebs H.,: Passive Wrist Joint Impedance in Flexion - Extension and Abduction - Adduction. In: Proceedingsof the IEEE 10th International Conference on Rehabilitation Robotics, pp. 43-47. Noordwijk, The Netherlands, (2007).

[11] Zhang L., Park H., Ren Y.: Shoulder, elbow and wrist stiffness in passive movement and their independent control involuntary movement post stroke. In: IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics, pp. 805-811, (2009).

[12] Takegaki M., Arimoto S., ”A New Feedback Method for Dynamic Control of Manipulators”, Journal of Dynamic Systems,Measurement, and Control. 1981, Vol. 102, pp. 119-125.

3



Caracterización de la pulso-oximetría durante Epilepsia

Asesor: Dr. Alfonso Alba

Co-Asesor: Dr. Martín Luna

Resumen

La epilepsia es un transtorno neurológico caracterizado por una

predisposición del cerebro para generar convulsiones recurrentes. El

diagnóstico de la epilepsia se basa en antecendentes familiares y el análisis

del electroencefalograma. Sin embargo, debido a su naturaleza neurológica,

los ataques epilépticos se ven reflejados en otros systemas como el

cardiovascular. La onda de pulso de oximetría ofrece una forma simple de

medir el comportamiento del sistema cardiovascular durante los eventos

epilépticos así como posiblemente su predicción.

Objetivo

Este proyecto propone como objetivo caracterizar la onda de pulso de

oximetría y el electroencefalograma durante el sueño en sujetos con epilesia.


1. Reconocimiento de Patrones

2. Detección y Estimación


Actividad 2012 2013


Revisión bibliográfica Interfase para el análisis del EEG y la señal de oximetría

Caracterización del comportamiento del la onda de pulso de oximetría y el ciclo alternante del sueño

Redación de Tesis Presentación del Examen Previo


Correcciones de la Tesis y Presentación del Examen Final

Bibliografía

Epilepsy and Sleep: Physiological and Clinical Relationships, Dudley S. Dinner,Hans Lüders



Caracterización de Señales Fisiológicas Adquiridas por un Sensor de

Presión durante el Sueño

Asesor: Dra. Elvia Palacios

Co-Asesor: Dr. Martín O. Méndez García

Resumen

Los avances en tecnología han permitido la medición de signos vitales en

forma no invasiva. Esto genera la posibilidad de monitorear el estado de salud

de pacientes en lugares fuera del hospital. En especial enfermedades, como la

apnea nocturna y la posibilidad de un infarto cardiaco, pueden ser evaluadas

con sensores de presión colocados en un colchón. Las señales adquiridas por

presión son el movimiento, el esfuerzo respiratorio y la variabilidad de la

frecuencia cardiaca. La apnea nocturna se caractiza por un lapsus en el cual

una persona deja de respirar. En una sola noche, pueden ocurir cientos de

apneas produciendo una fragmentación del sueño y deteriorando la salud del

paciente. Esto se debe a los esfuerzo inconsientes hechos por el individio para

seguir respirando. A nivel mundial, el 3 % de la población mundial sufre de

esta patología y México es uno de los países con mayor casos.

Objetivo

Este proyecto propone como objetivo principal caracterizar las señales de

movimiento y esfuerzo respiratorio adquiridas por un colchón sensorizado

durante sueño normal y patológico.


1. Reconocimiento de Patrones



Actividad 2012 2013


Revisión bibliográfica Caracterización de las señales en las diferentes etapas del sueño


Caracterización de las señales en apnea nocturna

Redación de Tesis Presentación del Examen Previo Correcciones de la Tesis y Presentación del Examen Final

Bibliografía

MO Mendez, J Corthout, S Van Hu_el, M Matteucci, AM Bianchi, T Penzel and S Cerutti. Automatic

screening of Obstructive Sleep Apnea from one ECG lead by Empirical Mode Decomposition and

Wavelet Analysis, Phys. Meas., 31, pp. 279-289, 2010.

Martin O. Mendez, Anna Maria Bianchi, Matteo Matteucci, Sergio Cerutti, and Thomas Penzel, Sleep

Apnea Screening by Autoregressive Models From a Single ECG Lead. IEEE-TBME, 56(12), pp. 2838-

2850, 2009


EVALUACIÓN DEL GRADO DE PARÁLISIS FACIAL MEDIANTE LA ESTIMACIÓN DE MOVIMIENTO

ENTRE PUNTOS SALIENTES

Asesor:

Dra. Ruth Aguilar Ponce

Esta propuesta de tesis de maestría es parte de un proyecto iniciado este semestre en colaboración con el

INAOE, FIMEE y la UASLP. El proyecto comprende la determinación del grado de parálisis facial, terapia

mediante la generación de ejercicios marcados por el sistema que deberán ser determinados por el

especialista, evaluación de la evolución del paciente y determinación del grado de avance proyectado a

futuro. Esta propuesta se centra en la primer parte del proyecto.

La parálisis facial es debida al daño del nervio facial que provoca el debilitamiento de los músculos de un

lado de la cara resultando en una parálisis unilateral del lado izquierdo o derecho del rostro. Se han

determinado varios sistemas para la medición del grado de parálisis facial tales como el sistema Nottingham,

el Sistema de Evaluación Facial de Toronto (TFGS por sus siglas en ingles), el Índice de Función del Nervio

Facial (FNFI), el Índice de Medida Lineal (LMI) y el Sistema House-Brackmann (H-B). El sistema más utilizado

para determinar el grado de parálisis facial es el H-B [1]. Este sistema clasifica la parálisis facial como se

muestra en la tabla 1. El sistema asigna una puntación (H-B Score) la cual se basa en las mediciones del

movimiento hacia arriba de las cejas y la comisuras de los labios. Al paciente se le pide sonreír y elevar las

cejas. Por cada 0.25 cm que se muevan las comisuras de los labios se le otorga 1 punto. Siendo la máxima

puntuación el 8. La puntación H-B permite la automatización de la determinación del grado de parálisis facial

presentado por el paciente.

Tabla 1. Puntación House-Brackmann

Grado Descripción Puntuación Función Descripción

I Normal 8/8 100% Función Normal

II Ligera 7/8 77-99% Asimetría Ligera

III Moderada 5/8 – 6/8 51-75% Debilidad ligera con esfuerzo máximo

IV Moderadamente Severa 3/8 – 4/8 26-50% Asimetría con máximo esfuerzo

V Severa 1/8 – 2/8 1-25% Ligero movimiento solamente

VI Total 0/8 0% Sin función facial.

El objetivo de la tesis es la implementación de un sistema basado en el análisis de imágenes para determinar

el grado de parálisis facial mediante la puntación H-B. El sistema se basa en la determinación de puntos

salientes. Los puntos salientes seleccionados son las comisuras de los labios y el inicio y fin de las cejas. Este

conjunto de características de la cara nos permitirán determinar el grado de parálisis presentada por el

paciente. El sistema analizara un conjunto de tres imágenes las cuales contienen al paciente mirando al

frente de la cámara sin movimiento facial, al paciente sonriendo y el paciente elevando las cejas. Se

determinan los puntos salientes en cada imagen. Se deberá alinear las imágenes ya que todos movemos

involuntariamente la cara al sonreír o elevar las cejas. Los parámetros de alineamiento se restringen a

movimientos horizontales, verticales y rotación. Una vez determinados estos parámetros se alinean los

puntos salientes y se obtiene la diferencia entre ellos. Esta diferencia nos permitirá determinar el grado de

parálisis presentado por el paciente.

Materias sugeridas

Procesamiento de Imágenes


ESTIMACIÓN DE CANAL PARA SISTEMAS DE COMUNICACIONES

VEHICULARES DE CORTO ALCANCE BASADOS EN EL ESTÁNDAR

IEEE 802.11P

Propuesta para proyecto de tesis de maestría en ciencias

DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO: El diseño de sistemas de comunicaciones móviles de corto alcance que permitan el

intercambio de información entre vehículos se ha convertido en uno de los objetivos principales de la industria de las

telecomunicaciones para esta década. La creación de dichos sistemas está siendo fuertemente apoyado por compañías

automotrices y por diversos organismos gubernamentales encargados de la seguridad vial, como el Departamento de

Transporte de Estados Unidos, quienes buscan utilizar estos sistemas para la prevención de accidentes y el control de tráfico.

Con la intención de establecer un marco de referencia para el diseño de sistemas de comunicaciones de corto alcance (SRC,

por sus siglas en Ingles) entre vehículos, la Asociación de Estándares del IEEE formó el grupo de trabajo 802.11p, el cual

tiene como propósito elaborar especificaciones para la interfaz aire de los sistemas SRC. Recientemente, este grupo de

trabajo publicó un conjunto de especificaciones en forma de enmienda al estándar 802.11 para redes inalámbricas de área

local. Estas especificaciones, a los cuales se les conoce popularmente como estándar 802.11p, incluyen mecanismos para

llevar a cabo la estimación del radio canal que observan dos vehículos que se comunican entre sí. No obstante, estudios

recientes indican que dichos mecanismos deben modificarse, ya que no permiten realizar una adecuada estimación del canal

cuando los vehículos se desplazan a altas velocidades. En vista de esto, resulta necesario construir mejores mecanismos de

estimación para garantizar el buen funcionamiento de los receptores 802.11p en condiciones de alta movilidad.

Este proyecto tiene como objetivo desarrollar estimadores de canal para sistemas SRC basados en el estándar 802.11p que

operen en escenarios en los que la velocidad relativa entre el vehículo transmisor y el vehículo receptor excede los 150

km/h, por ejemplo, una autopista. Los estimadores se construirán asumiendo que el receptor cuenta con información parcial

sobre el estado del canal, la cual se obtiene a partir de las portadoras piloto que define el estándar 802.11p. Además, los

estimadores se construirán considerando modelos de canal basados en la técnica de expansión sobre funciones base.

Al término del proyecto el tesista estará familiarizado con el estandar 802.11p y con las técnicas de estimación de canal más

populares. Así mismo, se espera que el trabajo de tesis constituya una contribución original significativa a la estimación de

canal para comunicaciones de corto alcance entre vehículos, y que los resultados obtenidos sean publicables en conferencias

internacionales y revistas arbitradas de prestigio.

PROPONENTES - ASESORES

Dr. Carlos A. Gutiérrez, Asesor

Profesor-Investigador

Departamento de Electrónica

Facultad de Ciencias

Universidad Autónoma de San Luis Potosí

Email: [email protected]

Dr. Ulises Pineda Rico, Co-Asesor






PERFIL DEL TESISTA

Tener interés en la capa física de los sistemas de comunicaciones inalámbricas

Tener disposición para desarrollar trabajo tanto teórico como experimental (simulaciones computacionales)

Tener capacidad para trabajar de manera individual y buena actitud para trabajar en equipo

Contar con experiencia programando en MATLAB

Contar con buenas bases de algebra matricial, procesamiento digital de señales, y procesos estocásticos

Disposición para tomar las optativas de comunicaciones inalámbricas y comunicaciones digitales


MODELADO DE CANAL PARA SISTEMAS DE COMUNICACIONES

DE CORTO ALCANCE DE VEHÍCULO A VEHÍCULO


DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO: El diseño de sistemas de comunicaciones móviles que permitan el intercambio de

información entre vehículos se está convirtiendo en uno de los temas de investigación más importantes en el campo de las

telecomunicaciones. Las posibles aplicaciones de estos sistemas han captado el interés tanto de la industria automotriz como

de diversos organismos gubernamentales, quienes están interesados en la implementación de redes de transporte

inteligentes. Por otro lado, las características novedosas de estos sistemas han abierto una gran cantidad de problemas de

investigación que plantean un desafío atractivo para científicos y tecnólogos.

A grandes rasgos, los sistemas de comunicaciones de vehículo a vehículo (V2V) difieren de los sistemas de comunicaciones

móviles convencionales en que: 1) las comunicaciones ente usuarios (vehículos) se llevan a cabo sin depender de la

intervención de un elemento coordinador dedicado, como por ejemplo, una estación base; 2) las terminales ubicadas a

ambos extremos del radio enlace son móviles, están posicionadas unos pocos metros por encima del suelo, y pueden

desplazarse a velocidades vehiculares superiores a los 120 km/h, resultando en velocidades relativas entre transmisor y

receptor de hasta 300 km/h. Tales diferencias hacen necesaria la creación de un nuevo marco de trabajo que sea adecuado

para el diseño, la evaluación, y la optimización de la interfaz aire de los sistemas V2V. En este sentido, uno de los puntos

críticos está en el desarrollo de modelos de canal realistas que capturen las características del radio enlace que observan dos

o más vehículos que se comunican entre sí. Esto es fundamental para garantizar que la interfaz aire de los sistemas V2V

funcione correctamente, ya que las prestaciones de cualquier sistema de telecomunicaciones dependen en gran medida de

las condiciones del medio de propagación.

Este proyecto tiene como objetivo desarrollar modelos de canal realistas para sistemas V2V de corto alcance basados en el

estándar 802.11p. Los modelos de canal se construirán siguiendo un enfoque basado en la teoría de rayos y en el uso de

arreglos geométricos de dispersores. Además, el trabajo se desarrollará considerando enlaces con múltiples antenas y

esquemas de transmisión sobre múltiples portadoras de frecuencias ortogonales (OFDM).

Al termino del proyecto se espera que el tesista esté familiarizado con los sistemas de comunicaciones V2V, con el estándar

802.11p, y con las técnicas de modelado y simulación de canal más populares. Así mismo, se espera que el trabajo de tesis

constituya una contribución original significativa al modelado de canal para comunicaciones de corto alcance entre vehículos,

y que los resultados obtenidos sean publicables en conferencias internacionales y revistas arbitradas de prestigio.








Dr. Enrique Stevens Navarro, Co-Asesor






PERFIL DEL TESISTA

Tener interés en la capa física de los sistemas de comunicaciones móviles y en la propagación de radio señales



Contar con experiencia programando en MATLAB

Contar con bases solidas de señales y sistemas, probabilidad y procesos estocásticos

Tener disposición para tomar el curso de comunicaciones inalámbricas


ANÁLISIS COMPARATIVO DE DIFERENTES CLASES DE MODELOS

DE SUMAS DE CISOIDES PARA LA SIMULACIÓN DE

CANALES INALÁMBRICOS MÓVILES


DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO: El diseño de simuladores computacionales adecuados para la evaluación de los sistemas

de comunicaciones móviles modernos se ha convertido en una línea de investigación de interés general debido a la demanda

que existe entre los ingenieros en telecomunicaciones por este tipo de herramientas y a la proliferación de dispositivos

electrónicos de bajo costo con altas capacidades de cálculo numérico. Un elemento fundamental de estos simuladores es sin

duda el modelo que se utiliza para simular al canal inalámbrico. Este elemento es sumamente importante, ya que el canal de

propagación ejerce una fuerte influencia sobre las prestaciones del sistema.

Los modelos de sumas de sinusoides complejas (cisoides) han demostrado ser una base excelente para el diseño de

simuladores de canal. Estos modelos han encontrado aplicaciones, por ejemplo, en el análisis asistido por computadora de

sistemas celulares, redes inalámbricas de área local y sistemas de comunicaciones de móvil a móvil. En la literatura se han

propuesto diferentes clases de modelos de simulación de canal basados en procesos de sumas de cisoides (SOC, por sus

siglas en Ingles). Aunque las características de las clases de simuladores SOC han sido analizadas y comparadas en

numerosos artículos técnicos, los estudios que se han publicado hasta ahora se han enfocado en las propiedades teóricas de

los simuladores, las cuales, en la mayoría de los casos, son validas bajo condiciones poco realistas. Por ejemplo, algunos

estudios suponen que la simulación del canal se lleva a cabo dentro de un intervalo de observación de longitud infinita.

Con la finalidad de obtener resultados más realistas, este proyecto tiene como objetivo llevar a cabo un análisis comparativo

de las diferentes clases de simuladores de canal SOC teniendo en cuenta las limitaciones que surgen en la práctica durante

la implementación y operación del simulador. La comparación se realizará considerando no solo la precisión y eficiencia con

la que los modelos SOC reproducen las características del canal de propagación, sino también la capacidad de los

simuladores para generar resultados confiables cuando se les emplea en la evaluación de las prestaciones de los sistemas de

comunicaciones móviles.

Al termino del proyecto se espera que el tesista esté familiarizado con los principios de simulación de canal y con los modelos

de simulación SOC. Así mismo, se espera que el trabajo de tesis constituya una contribución original significativa al diseño de

simuladores de canal para sistemas de comunicaciones móviles, y que los resultados obtenidos sean publicables en

conferencias internacionales y revistas arbitradas de prestigio.








Flavio Vigueras Gómez, Co-Asesor






PERFIL DEL TESISTA

Tener interés en la capa física de los sistemas de comunicaciones inalámbricas



Tener disposición para programar en MATLAB

Contar con bases de señales y sistemas, y haber tomado el curso de procesos estocásticos

Tener disposición para tomar el curso de comunicaciones inalámbricas


Título del Proyecto Asignación de Potencia en Sistemas Inalámbricos MC-CDMA y MC-

DS-CDMA

Asesor: Dr. Daniel U. Campos Delgado Co-Asesor: Dr. José Martín Luna Rivera

Resumen En los nuevos estándares de comunicación inalámbrica se busca obtener una mejor calidad de servicio a tasas de transmisión cada vez más altas. Una de las nuevas tecnologías de acceso múltiple a considerarse para satisfacer estos objetivos, es espectro extendido con mútiples portadoras [1]. De esta técnica se pueden desprender 2 metodologías: MC-CDMA y MC-DS-CDMA (multi-carrier code division multiple-access y multi-carrier direct-sequence code division multiple-access) [2],[3]. Ambas metodologías tienen sus ventajas y desventajas para su implementación en los canales de subida o bajada (downlink o uplink) en el enlace inalámbrico. Un punto importante para garantizar calidad de servicio (QoS, Quality of Service) en las recepción de la información [4], es transmitir con la potencia adecuada para evitar aumentar inecesariamente la interferencia de acceso múltiple (MAI, multiple-access interference) y hacer un uso eficiente de la energía de transmisión [5],[6]. Así mismo es importante reducir tanto como se pueda la complejidad en el detector [7],[8], especialmente para el enlace de bajada (downlink), pero garantizando QoS. El problema de asignación de potencia de transmisión en sistemas MC-CDMA y MC-DS-CDMA establece retos importantes, y primeramente se busca proponer soluciones centralizadas considerando restricciones en la calidad de servicio objetivo por usuario [9],[10]. Para plantear estas soluciones primero se parte del modelo de envio-recepción de datos en sistemas MC-CDMA y MC-DS-CDMA, y enseguida se cuantifica la tasa señal interferencia-ruido (TSIR) como medida para evaluar la QoS. Finalmente, el proyecto de tesis plantea evaluar la factibilidad de proponer soluciones distribuidas para la asignación de potencia en ambos sistemas inalámbricos [11],[12]. Las evaluaciones de los algoritmos se realizará por medio de simulación en Matlab o Scilab, considerando canales de comunicación variantes en el tiempo. Cursos Propuestos (3er Semestre)

1. Comunicaciones Inalámbricas 2. Optimización



Actividad 2012 2013 Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago

Revisión bibliográfica Análisis y modelado del sistema MC-CDMA, y cuantificación de la TSIR Obtención de un algoritmo centralizado en MC-CDMA que garantice QoS y su evaluación Análisis y modelado del sistema MC-DS-CDMA, y cuantificación de la TSIR Obtención de un algoritmo centralizado en MC-DS-CDMA que garantice QoS y su evaluación Propuesta de un esquema distribuido en MC-CDMA para la asignación de potencia con restricción en la QoS Propuesta de un esquema distribuido en MC-CDMA para la asignación de potencia con restricción en la QoS Redacción de la Tesis Presentación del Examen Previo Correcciones de la Tesis y Presentación del Examen Final


Bibliografía [1] J. Proakis and M. Salehi, Digital Communications, 5th Ed., Mc. Graw-Hill, 2007. [2] K. Fazel and S. Kaiser, Multi-Carrier and Spread Spectrum Systems: From OFDM and MC-CDMA to LTE and WiMAX, 2nd Edition, John Wiley & Sons, 2008. [3] S. Hara and R. Prasad, `Òverview of Multicarrier CDMA'', IEEE Communications Magazine, December 1997, pp. 126-133. [4] R. H. Khan, A. Hossain, R. Islam and J.B. Song, ``SINR performance of multicarrier cdma system in frequency-selective rayleigh fading channels'', International Conference on Information and Communication Technology, Dhaka, Bangladesh, March 2007. [5] D.U. Campos-Delgado, J. M. Luna-Rivera and F.J. Martinez-Lopez, ``Distributed Power Control Algorithms in the Uplink of Wireless CDMA Systems'', IET Control Theory & Applications, Vol 4, No. 5, pp. 795-805, 2010. [6] D.U. Campos-Delgado and J.M. Luna-Rivera, `Ùnified Framework for the Analysis and Design of Linear Uplink Power Control in CDMA Systems'', Wireless Networks, Vol. 18, pp. 427-441, 2012. [7] F. Riera-Palou, G. Femenias and J. Ramis, ``Performance Analysis of Multiuser Detectors for Uplink Quasi-synchronous MC-CDMA Systems'', Wireless Personal Communications, Vol. 43, 2007, pp. 1511-1521. [8] R. Wang, H. Li and T. Li, ``Robust Multiuser Detection for Multicarrier CDMA Systems'', IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 24, No. 3, March 2006, pp. 673--683. [9] P. Bisagliam L. Sanguinetti, M. Morelli and S. Pupolin, ``Pre-equalization Techniques for Downlink and Uplink TDD MC-CDMA Systems'', Wireless Personal Communications, Vol. 35, 2005, pp. 3-18. [10] I. Cosovic, S. Kaiser, M. Schnell and A. Springer, ``Performance of Coded Uplink MC-CDMA with Combined-Equalization in Fading Channels'', Proceeding IST Mobile & Wireless Communications Summit 2004, Lyon, France, June 2004, pp. 692-696. [11] F. Meshkat, M. Chiang, H. Vicent Poor and S.C. Schwartz, `À Game-Theoretic Approach to Energy-Efficient Power Control in Multicarrier CDMA Systems'', IEEE Transactions on Selected Areas in Communications, Vol. 24, No. 6, 2006, pp. 1115-1129. [12] Daniel U. Campos-Delgado and Martin Luna-Rivera,“Distributed PowerControl in Quasi-Synchronous Multi-Carrier CDMA Systems”, Accepted to 2012 American Control Conference, Montreal, Canada, June 27-29, 2012.


Implementación Física de un Simulador de Canal Asesor: Dr. Jose Luis Tecpanecatl Xihuitl

Co-asesor: Dr. Carlos Adrián Gutiérrez Díaz de León

Motivación

Para facilitar la evaluación de los módulos físicos de transmisión y recepción de los sistema de

comunicaciones móviles modernos, es necesario contar con simuladores de canal cuya

implementación en hardware sea sencilla y que no consuman demasiados recursos para operar

correctamente. Aunque algunos simuladores de canal se pueden adquirir comercialmente, éstos

tienen un costo elevado y están diseñados con tecnología propietaria que hace imposible su

adecuación a entornos de propagación diferentes a los que ya vienen programados en estos

dispositivos. Para hacer más asequible la adquisición y posibilitar la adecuación de los simuladores

de canal construidos en hardware, en este proyecto de tesis se evaluará la implementación física

de un simulador de canal basado en el principio de la suma de cisoides (SOC) [1]. El diseño de

herramientas de software basadas en procesos SOC para la simulación de canal ha recibido

bastante atención en la literatura, pero su implementación en hardware aún no se ha estudiado

con suficiente detalle, por lo que se espera que los resultados obtenidos en este proyecto de tesis

constituyan una contribución valiosa.

Objetivo General

El objetivo principal es la implementación de un modelo de canal en una plataforma basada en

FPGA.

Objetivos Particulares

Primeramente, se requiere proponer una arquitectura para la implementación de un modelo de

canal, la implementación será basada en el modelo matemático propuesto en [1]. Posteriormente,

la arquitectura será validada mediante su implementación en un lenguaje de descripción de

hardware (HDL). Uno de los retos que se presentaran en esta propuesta será la verificación de los

resultados obtenidos, por una parte mediante herramientas de simulación matemática como

MATLAB y por los resultados obtenidos de la implementación física.

Características deseables en el candidato

Conocimientos en comunicaciones, procesamiento digital de señales, así como de

electrónica digital.

Auto-motivación e iniciativa.


Materias a cursar

Tópicos Selectos de Ingeniería Electrónica

Modelado y Simulación en las Telecomunicaciones


Revisión

Bibliográfica

Arquitectura

Propuesta

Descripción

de la

Arquitectura

Verificación de la

implementación

Escritura de Tesis

Junio

Julio

Agosto

Sept

Oct

Nov

Dec

Enero

Febr

Marzo

Abril

Mayo

Referencias

[1] Gutiérrez, C. A. and Pätzold, M. (2011), “The generalized method of equal areas for the design

of sum-of-cisoids simulators for mobile Rayleigh fading channels with arbitrary Doppler spectra”.

Wirel. Commun. Mob. Comput.. doi: 10.1002/wcm.1154



Validación y Evaluación de un Dispositivo Multi-sensor Médico

Inalámbrico

Asesor: Dr. José Martín Luna Rivera

Co-Asesor: Dr. Martín O. Méndez García

Resumen

En la actualidad, las tecnologías aplicadas al cuidado humano ofrecen un

amplio rango de métodos y técnicas que pueden ser usadas para la

conservación de la salud. Por un lado, el desarrollo de nuevas tecnologías

busca aprovechar los recursos humanos especializados y por el otro mejorar

la atención a pacientes, ahorrando costos y aplicando medidas preventivas en

fases de enfermedades tempranas. Por lo tanto, es necesario que cualquier

tecnología, por muy elemental que sea, deba ser comprendida y validada para

que pase a formar parte del proceso del cuidado de la salud. En este sentido,

en [Gaspar, 2012] se propuso un sistema de monitoreo personal para señales

ECG con el propósito de crear una aplicación móvil capaz de monitorear de

forma inalámbrica señales fisiológicas. Con el desarrollo de dicha aplicación

se logró no solo la integración de la tecnología Bluetooth como forma de

comunicación entre el dispositivo móvil y el módulo de sensado de la señal

ECG, sino también la formulación de nuevos retos para mejorar las

prestaciones de dicho sistema. Como consecuencia de esto último, se

desarrolló recientemente un dispositivo multi-sensor médico capaz de medir y

transmitir de forma inalámbrica diversas señales fisiológicas como ECG,

temperatura, movimiento y audio. Estas señales permiten extraer información

fundamental sobre el estado de salud de la persona en diferentes

circunstancias (ej. durante el sueño, en pruebas de esfuerzo, en ejercicio) y

ambientes (ej. en clínica, en casa, en oficina, etc). La gran ventaja del

dispositivo, en comparación con otras soluciones existentes es su reducida

dimensión, bajo consumo energético, bajo peso y su simplicidad de adhesión

al cuerpo. Por el momento, este nuevo dispositivo aloja los datos recolectados

en una PC de escritorio, sin embargo, una extensión natural es el desarrollo de

aplicaciones para dispositivos móviles. Además de la adquisición de datos se

requiere una etapa de procesamiento que permita la extracción de índices

clínicos. Esto índices clínicos permiten al médico realizar su diagnóstico para

poder decidir el tratamiento a seguir.

Objetivo

Este proyecto propone como objetivo principal validar y evaluar el

funcionamiento del dispositivo multi-sensor médico inalámbrico mencionado

anteriormente. El trabajo tratará de validar las medidas fisiológicas obtenidas


por el multi-sensor en pacientes bajo condiciones reales, además de realizar

un análisis profundo sobre el desempeño del dispositivo. Para la realización

de este trabajo se cuenta con la colaboración del Instituto Nacional de

Cardiología que apoyará en las tareas de validación. Adicionalmente, se

buscará optimizar el dispositivo multi-sensor médico tanto en la parte de

diseño como de software.


1. Comunicaciones Inalámbricas



Actividad 2012 2013


Revisión bibliográfica Familiarización con el dispositivo multi-sensor médico Validación del dispositivo multi-sensor médico con señales reales en pacientes Análisis de desempeño del dispositivo multi-sensor médico Formulación e implementación de mejoras en el diseño/software del dispositivo multi-sensor médico Redación de Tesis Presentación del Examen Previo Correcciones de la Tesis y Presentación del Examen Final

Bibliografía

[Gaspar, 2012] I.F. Gaspar-Sánchez, “Sistema de Monitoreo Personal para Señales

ECG”. Tesis presentada para obtener el grado de Maestría en Ingeniería Electrónica,

Facultad de Ciencias, UASLP, Febrero 2012.



Modulación Espacial en un Escenario Multi-Usuario

Asesor: Dr. José Martín Luna Rivera

Co-Asesor: Dr. Daniel U. Campos Delgado

Resumen

Los sistemas MIMO son esquemas de transmisión/recepción que han demostrado su

potencial para incrementar significativamente la eficiencia espectral de las

comunicaciones inalámbricas futuras. Por ejemplo, el esquema de transmisión

Vertical Bell Laboratory Layered Space Time (VBLAST) alcanza una eficiencia

espectral entre 20-40 bps/Hz en canales con condiciones favorables de propagación

y dispersión [Wolniansky, 1998]. Sin embargo, la transmisión simultánea de varias

antenas en un mismo canal de frecuencia genera interferencia de canal (ICI, por sus

siglas en inglés) lo cual incrementa significativamente la complejidad del sistema

con respecto al número de antenas transmisoras usadas [Goldsmith, 2003]. La

modulación espacial (SM, por sus siglas en inglés) es una técnica propuesta en años

recientes que combina, en una forma novedosa, la modulación digital y el arreglo de

antenas para transmitir datos con eficiencia espectral y baja complejidad [Mesleh,

2008], [Jeganathan, 2009].

El concepto básico de SM es realizar un mapeo de una secuencia de bits de entrada a

un punto de la constelación que depende de la información espacial (índice de la

antena activada para la transmisión) como se muestra en la Figura 1. En el receptor,

la información es recuperada detectando la posición espacial de la antena

transmisora. Como SM activa sola una antena para la transmisión, entonces el

sistema no sufre de la interferencia co-canal (ICI).

Figura 1. Regla de mapeo para la modulación espacial a una tasa de transmisión

de 3 bits/símbolo.

Objetivo

El proyecto tiene como objetivo considerar diversos aspectos de la modulación

espacial en el contexto de un escenario multi-usuario. Como SM es un concepto

nuevo, sus aplicaciones más importantes en la literatura, hasta el momento, no


consideran este tipo de escenarios. Uno de los principales retos en este proyecto se

centra en la detección de la antena transmisora bajo un entorno con varios usuarios y

por lo tanto varias antenas transmisoras. No obstante, SM activa una antena a la vez

en la transmisión de datos, la presencia de otros usuarios activos en el entorno

producirá una componente de interferencia en el receptor. Por lo tanto, en este

proyecto se estudiarán estructuras de detección para la cancelación/reducción de

interferencia en el receptor de un sistema multi-usuario con SM. Otro de los retos de

interés en este proyecto será el uso de SM en sistemas inalámbricos con

retransmisiones (relaying systems). En particular, se analizará la aptitud de SM para

ser implementada en redes con retransmisiones, considerando los parámetros más

críticos de este tipo de sistemas como por ejemplo el consumo de energía.


1. Comunicaciones Inalámbricas

2. Optimización


Actividad 2012 2013


Revisión bibliográfica Identificar fortalezas y debilidades de la modulación espacial Formulación de propuestas Modelado, análisis y simulación de los esquemas de detección para los sistemas multi-usuarios con SM Análisis y simulación de técnicas para el manejo eficiente de energía en los sistemas multi-usuarios con y sin retransmisiones usando SM Redacción de la Tesis Presentación del Examen Previo Correcciones de la Tesis y Presentación del Examen Final


Bibliografía

[Wolniansky, 1998] P. Wolniansky, G. Foschini, G. Golden, and R. Valenzuela. “V-

BLAST: an Arquitecture for Realizing very High Data Rates over the Rich-Scattering

Wireless Channel”, in URSI International Symposium on Signals, Systems, and

Electronics (ISSSE’98), 29 September-2 October 1998, pp. 295-300.

[Goldsmith, 2003] A. Goldsmith, S. Jafar, N. Jindal, and S. Vishwanath. “Capacity

Limits of MIMO Channels”, IEEE Journal on Selected Areas in Communication, vol.

21, no. 5, pp. 684-702, June 2003.

[Mesleh, 2008] R. Mesleh, H. Haas, S. Sinanovicm Chang Wook Ahn and Sangboh

Yun. “Spatial Modulation”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 57, no. 4,

pp. 2228-2242, July 2008.

[Jeganathan, 2009] J. Jeganathan, A. Ghrayeb, L. Szczecinski. “Space Shift Keying

Modulation for MIMO Channels”, IEEE Transactions on Wireless Communications,

vol. 8, no. 7, pp. 3692-3703, July 2009.


Caracterización y modelado de servicios de banda ancha para redes inalámbricas

(4G/WiMax) en la banda de 2.5 GHz.

Resumen:

La banda del espectro de los 2.5 GHz es considerada como una de las mejores bandas de

frecuencias para ofrecer servicios de comunicación de banda ancha a usuarios finales de redes

inalámbricas como lo son las redes de cuarta generación (4G) o redes metropolitanas basadas

en el estándar IEEE 802.16 (WiMax).

En México esta próximo a determinarse si se refrendan las concesiones en esta banda a un

concesionario vigente o se si determina una estrategia para disponer de ellas nuevamente por

parte de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (SCT) e iniciar un proceso de licitación

para asignarlas a nuevos concesionarios de redes publicas de telecomunicaciones.

Los servicios de banda ancha que realmente pudiesen ejecutarse en este tipo de redes pueden

ser entre otros: acceso a Internet, servicios de telemedicina, videoconferencia, telefonía IP y

Digital, gobierno electrónico, educación a distancia, entre otros varios con mucho potencial.

Por lo anterior, es necesario caracterizar adecuadamente estos servicios a fin de determinar

perfiles de usuarios promedio (en términos de ancho de banda necesario, parámetros de

calidad de servicio (QoS), etc.) y poderlos simular y evaluar en varios modelos de red (4G o

WiMax) a fin de predecir el comportamiento, requerimientos y dimensionamiento de la

infraestructura de red basándose en una determinada carga de usuarios.

Este proyecto de tesis de maestría tiene como objetivo estudiar y caracterizar los servicios de

comunicación de banda ancha en la banda de 2.5 Ghz que puedan ser ofrecidos por redes de

4G o WiMAX. Al término del proyecto se espera que el estudiante este familiarizado con las

redes inalámbricas de 4G y WiMAX así como con los potenciales servicios de comunicación de

banda ancha que pueden ser ofrecidos por las mismas.

Perfil del estudiante:

Tener interés por las capas superiores (red, transporte y aplicación) de los sistemas de

comunicación móviles.

Tener capacidad para trabajar de forma individual y por equipo.

Tener disposición para desarrollar tanto trabajo teórico como experimental

(simulaciones computacionales).

Contar con buenas bases de probabilidad y procesos estocásticos.

Materias sugeridas:

Comunicaciones Inalámbricas y Redes de Comunicación

Proponentes - Asesores:

Dr. Juan Antonio Cabrera Rico, Universidad Politécnica de San Luis Potosí (UPSLP)

Dr. Enrique Stevens Navarro, Universidad Autónoma de San Luis Potosí (UASLP)


PropuestasTesis2012 MIE

Documents

Transcript of PropuestasTesis2012 MIE