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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.
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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.
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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.
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• 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
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[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
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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].
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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,.
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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.
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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
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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.
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• 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
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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.
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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
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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
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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).
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Propuestas Tesis 2012 Pag. 15
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.
Propuestas Tesis 2012 Pag. 16
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
Cronograma de Actividades
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
Propuestas Tesis 2012 Pag. 17
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.
Propuestas Tesis 2012 Pag. 18
Título del Proyecto
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
Propuestas Tesis 2012 Pag. 19
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.
Propuestas Tesis 2012 Pag. 20
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
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Propuestas Tesis 2012 Pag. 21
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
Propuestas Tesis 2012 Pag. 22
[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.
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Propuestas Tesis 2012 Pag. 23
Título del Proyecto
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.
Cursos Propuestos (3er Semestre)
1. Reconocimiento de Patrones
2. Detección y Estimación
Cronograma de Actividades
Actividad 2012 2013
Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago
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
Propuestas Tesis 2012 Pag. 24
Correcciones de la Tesis y Presentación del Examen Final
Bibliografía
Epilepsy and Sleep: Physiological and Clinical Relationships, Dudley S. Dinner,Hans Lüders
Propuestas Tesis 2012 Pag. 25
Título del Proyecto
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.
Cursos Propuestos (3er Semestre)
1. Reconocimiento de Patrones
2. Detección y Estimación
Cronograma de Actividades
Actividad 2012 2013
Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago
Revisión bibliográfica Caracterización de las señales en las diferentes etapas del sueño
Propuestas Tesis 2012 Pag. 26
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
Propuestas Tesis 2012 Pag. 27
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
Propuestas Tesis 2012 Pag. 28
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
Profesor-Investigador
Departamento de Electrónica
Facultad de Ciencias
Universidad Autónoma de San Luis Potosí
Email: [email protected]
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
Propuestas Tesis 2012 Pag. 29
MODELADO DE CANAL PARA SISTEMAS DE COMUNICACIONES
DE CORTO ALCANCE DE VEHÍCULO A VEHÍCULO
Propuesta para proyecto de tesis de maestría en ciencias
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.
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. Enrique Stevens Navarro, Co-Asesor
Profesor-Investigador
Departamento de Electrónica
Facultad de Ciencias
Universidad Autónoma de San Luis Potosí
Email: [email protected]
PERFIL DEL TESISTA
Tener interés en la capa física de los sistemas de comunicaciones móviles y en la propagación de radio señales
Tener capacidad para trabajar de manera individual y buena actitud para trabajar en equipo
Tener disposición para desarrollar trabajo tanto teórico como experimental (simulaciones computacionales)
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
Propuestas Tesis 2012 Pag. 30
ANÁLISIS COMPARATIVO DE DIFERENTES CLASES DE MODELOS
DE SUMAS DE CISOIDES PARA LA SIMULACIÓN DE
CANALES INALÁMBRICOS MÓVILES
Propuesta para proyecto de tesis de maestría en ciencias
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.
PROPONENTES - ASESORES
Dr. Carlos A. Gutiérrez, Asesor
Profesor-Investigador
Departamento de Electrónica
Facultad de Ciencias
Universidad Autónoma de San Luis Potosí
Email: [email protected]
Flavio Vigueras Gómez, Co-Asesor
Profesor-Investigador
Departamento de Electrónica
Facultad de Ciencias
Universidad Autónoma de San Luis Potosí
Email: [email protected]
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
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
Propuestas Tesis 2012 Pag. 31
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
Propuestas Tesis 2012 Pag. 32
Cronograma de Actividades
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
Propuestas Tesis 2012 Pag. 33
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, ``Overview 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, ``Unified 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, ``A 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.
Propuestas Tesis 2012 Pag. 34
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.
Propuestas Tesis 2012 Pag. 35
Materias a cursar
Tópicos Selectos de Ingeniería Electrónica
Modelado y Simulación en las Telecomunicaciones
Cronograma de Actividades
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
Propuestas Tesis 2012 Pag. 36
Título del Proyecto
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
Propuestas Tesis 2012 Pag. 37
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.
Cursos Propuestos (3er Semestre)
1. Comunicaciones Inalámbricas
2. Detección y Estimación
Cronograma de Actividades
Actividad 2012 2013
Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago
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.
Propuestas Tesis 2012 Pag. 38
Título del Proyecto
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
Propuestas Tesis 2012 Pag. 39
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.
Cursos Propuestos (3er Semestre)
1. Comunicaciones Inalámbricas
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 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
Propuestas Tesis 2012 Pag. 40
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.
Propuestas Tesis 2012 Pag. 41
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)
Propuestas Tesis 2012 Pag. 42