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La citricultura constituye actualmente una parte importantísima de la economía en la Comunidad Valenciana. Uno de los principales problemas presentes en la industria citrícola son las podredumbres producidas por los hongos Penicillium digitatum y Penicillium italicum. La detección temprana del daño producido por los hongos en los cítricos es especialmente importante para la industria distribuidora de cítricos, ya que un reducido número de frutas infectadas puede diseminar la infección a toda una partida de cítricos, produciendo grandes pérdidas económicas. Actualmente en la industria citrícola la inspección y eliminación de cítricos dañados por podredumbres se realiza de manera manual por operarios, ya que en etapas tempranas el daño producido por el hongo es difícilmente detectable por sistemas de inspección automáticos. En esta Tesis Doctoral se va a desarrollar un sistema de visión hiperespectral basado en filtros de cristal líquido sintonizables y se van a estudiar técnicas para procesar las imágenes proporcionadas por el mismo de forma automática. La finalidad de dichas técnicas será obtener un grupo reducido y lo suficientemente informativo de bandas espectrales mediante métodos de selección de características que permita detectar los frutos afectados por podredumbres tempranas mediante algoritmos automáticos de clasificación., The citrus industry is now an important part of the economy in Spain. One of the main problems present in the citrus industry are the rottenness produced by Penicillium digitatum and Penicillium italicum fungi. Early detection of damage produced by fungi in citrus is especially important for the distribution of citrus industry, because a small number of infected fruit can spread infection to a batch of citrus, causing great economic losses. Nowadays the inspection and removal of damaged fruit is performed manually by operators since the damage caused by the fungi is hardly detectable by automatic inspection systems. In this PhD thesis, a hyperspectral vision system based on liquid crystal tunable filters will be developed and techniques for processing the images provided by it automatically will be studied. The purpose of these techniques will get a small and informative spectral bands using feature selection methods. Rottenness early detection will be performed using linear and non linear classification algorithms.

This Thesis analyses the use of an acousto-optic tunable filter (AOTF) for the realisation of spectral imaging systems. An AOTF is an electronically tunable spectral bandpass optical filter. It consists on a crystal that, excited with acoustic waves, diffracts and then separates a single wavelength of light from a broadband source. The wavelength of selected light is a function of the frequency of the signal applied to the crystal. We have implemented a spectral imaging instrument called Autonomous Tunable Filtering System (ATFS) that includes an AOTF in order to acquire multispectral images with a monochrome digital camera. Careful design and calibration permits its use in spectroscopic applications. By using a convenient radio-frequency source, it is possible to configure the spectral filtering performance of the AOTF. This Thesis presents two different excitation techniques: the use of a Direct Digital Synthesiser, and the use of a high-speed Digital- to-Analog Converter. Both methods achieve a configurable broadening of the spectral bandwidth characteristic of the AOTF. In this Thesis we evaluate the use of AOTF’s in spectral imaging applications by means of the implemented instrument. We present a methodology to fully characterise the spectral performance of the AOTF’s respect to the parameters of the driving signal (frequency and power), and we apply this methodology for the characterisation of three different AOTF models from different manufacturers. Imaging performance of the AOTF’s presents some problems due to their low efficiency and chromatic aberration. However, we propose a methodology to overcome the drawbacks of this filtering technology. Finally, the Thesis demonstrates this spectral imaging technology in several applications, including the mapping of the spectral reflectance and transmittance indexes of plant leaves, and the multispectral imaging of different objects. This Thesis concludes that AOTF technology can be successfully applied to spectral imaging systems. Imaging performance of such systems is good, but a proper image processing is needed. Spectral performance of AOTF’s is accurate, allowing their use in quantitative measuring applications, although they require a careful calibration process., Esta Tesis analiza el uso de los filtros ajustables acusto-ópticos (Acousto-Optic Tunable Filter, AOTF) en la implementación de sistemas de visión espectral. Un AOTF es un filtro espectral pasabanda ajustable electrónicamente. Está formado por un cristal que, al ser excitado con una onda acústica, difracta una determinada longitud de onda y por tanto la separa del resto del espectro lumínico. La longitud de onda de la luz separada es función de la frecuencia de la señal acústica aplicada al cristal. Para la realización de esta Tesis Doctoral hemos diseñado un instrumento de visión industrial denominado Sistema de Filtrado Ajustable Autónomo, el cual incluye un AOTF para la adquisición de imágenes multiespectrales a través de una cámara de video monocroma. El sistema ha sido diseñado y calibrado específicamente para permitir su uso en aplicaciones de espectroscopía. El uso de una fuente adecuada de señales de radio frecuencia (RF) para excitar el AOTF permite configurar dinámicamente el funcionamiento del filtrado espectral. En esta Tesis presentamos dos nuevas técnicas de excitación por RF: una basada en un Sintetizador Digital Directo y otra basada en un Conversor Digital-Analógico de alta velocidad. Ambas técnicas presentan la novedosa característica de que se pueden utilizar para ajustar dinámicamente el ancho de banda de filtrado del AOTF. El instrumento diseñado se ha utilizado en la presente Tesis para evaluar el uso de los AOTF en aplicaciones de visión espectral. Para ello, presentamos una metodología de caracterización del comportamiento espectral del AOTF respecto a su señal de excitación. Hemos aplicado esta metodología para la caracterización de tres modelos distintos de AOTF suministrados por diferentes fabricantes. El comportamiento en imagen de los AOTF presenta ciertos problemas, debido a su baja eficiencia espectral y a la existencia de aberraciones cromáticas. Sin embargo, proponemos una metodología de procesado que soluciona estos inconvenientes. Por último, esta Tesis demuestra el uso de esta tecnología de imagen espectral en varias aplicaciones. Entre otras, mostramos el mapa de reflectancia y transmitancia espectral de las hojas de diversas especies vegetales, y la adquisición de imágenes multiespectrales de diversos objetos.

Earth Observation systems monitor our Planet by measuring, at different wavelengths, the electromagnetic radiation that is reflected by the surface, crosses the atmosphere, and reaches the sensor at the satellite platform. In this process, clouds are one of the most important components of the Earth's atmosphere affecting the quality of the measured electromagnetic signal and, consequently, the properties retrieved from these signals. This Thesis faces the challenging problem of cloud screening in multispectral and hyperspectral images acquired by space-borne sensors working in the visible and near-infrared range of the electromagnetic spectrum. The main objective is to provide new operational cloud screening tools for the derivation of cloud location maps from these sensors' data. Moreover, the method must provide cloud abundance maps --instead of a binary classification-- to better describe clouds (abundance, type, height, subpixel coverage), thus allowing the retrieval of surface biophysical parameters from satellite data acquired over land and ocean. In this context, this Thesis is intended to support the growing interest of the scientific community in two multispectral sensors on board two satellites of the European Space Agency (ESA). The first one is the MEdium Resolution Imaging Spectrometer (MERIS), placed on board the biggest environmental satellite ever launched, ENVISAT. The second one is the Compact High Resolution Imaging Spectrometer (CHRIS) hyperspectral instrument, mounted on board the technology demonstration mission PROBA (Project for On-Board Autonomy). The proposed cloud screening algorithm takes advantage of the high spectral and radiometric resolution of MERIS, and of the high number of spectral bands of CHRIS, as well as the specific location of some bands (e.g., oxygen and water vapor absorption bands) to increase the cloud detection accuracy. To attain this objective, advanced pattern recognition and machine learning techniques to detect clouds are specifically developed in the frame of this Thesis. First, a feature extraction based on meaningful physical facts is carried out in order to provide informative inputs to the algorithms. Then, the cloud screening algorithm is conceived trying to make use of the wealth of unlabeled samples in Earth Observation images, and thus unsupervised and semi-supervised learning methods are explored. Results show that applying unsupervised clustering methods over the whole image allows us to take advantage of the wealth of information and the high degree of spatial and spectral correlation of the image pixels, while semi-supervised learning methods offer the opportunity of exploiting also the available labeled samples., Los sistemas de observación de la Tierra observan nuestro planeta midiendo, en diferentes longitudes de onda, la radiación electromagnética que es reflejada por la superficie, atraviesa la atmósfera, y llega al sensor en el satélite. En este proceso, las nubes son uno de los componentes más importantes ya que afectan a la señal electromagnética medida. Esta Tesis aborda el problema de la detección de nubes en imágenes multiespectrales e hiperespectrales adquiridas por sensores de satélite que trabajan en el rango visible e infrarrojo cercano del espectro electromagnético. El objetivo principal es desarrollar herramientas operativas que proporcionen mapas con la ubicación de las nubes a partir de los datos de satélite adquiridos. Además, el método debe proporcionar mapas de la abundancia de nubes (en lugar de una clasificación binaria) para describir mejor las nubes (abundancia, tipo, altura, cobertura subpixel). En este contexto, esta Tesis analiza dos sensores multiespectrales a bordo de dos satélites de la Agencia Espacial Europea (ESA). El primero de ellos es el MEdium Resolution Imaging Spectrometer (MERIS), a bordo del satélite medioambiental Envisat. El segundo es el instrumento hiperespectral Compact High Resolution Imaging Spectrometer (CHRIS), a bordo del satélite de demostración tecnológica PROBA. El algoritmo de detección de nubes propuesto aprovecha la alta resolución espectral y radiométrica de MERIS, y el número de bandas espectrales de CHRIS, así como la ubicación específica de algunas bandas (absorción del oxígeno y vapor de agua) para aumentar la precisión de la detección de las nubes. Para alcanzar este objetivo, técnicas avanzadas de reconocimiento de patrones y aprendizaje máquina han sido específicamente desarrolladas en el marco de esta. En primer lugar, se lleva a cabo la extracción de características basadas en fundamentos físicos con el fin de proporcionar información relevante a los algoritmos empleados. Después, el algoritmo de detección de nubes se ha concebido tratando de hacer uso de la riqueza de las muestras sin etiquetar de las imágenes, por lo que se exploran métodos de aprendizaje no supervisados y semisupervisados. Los resultados muestran que los algoritmos de agrupamientos no supervisados sobre la imagen completa nos permite aprovechar la riqueza de la información y el alto grado de correlación espacial y espectral de los píxeles de la imagen, mientras que los métodos de aprendizaje semisupervisado ofrecen también la oportunidad de explotar las muestras etiquetadas disponibles.

El objeto de esta Tesis es el diseño, programación e integración del Módulo de Preprocesado de Datos del Sistema Read Out Driver (ROD) dentro de los trabajos que se están realizando en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN). Se trata de un paso definitivo para la puesta en marcha de este sistema que se instalará en el detector ATLAS dentro del acelerador de partículas (LHC) que se está terminando de construir en el CERN.Este Sistema ROD forma parte del sistema de adquisición de datos del subdetector TileCal incluido en ATLAS, en concreto del sistema de lectura y envío de datos a la frecuencia de cruce de haz que se produce en el acelerador (40 MHz). Incluido entre los niveles uno y dos de la arquitectura jerárquica de detección y estudio de eventos que se producen en las colisiones del LHC.El trabajo se puede dividir en dos partes, una primera en la que se investigan y exponen las necesidades en materia de adquisición de datos del experimento ATLAS/LHC y una segunda parte centrada en la realización del Sistema ROD, desde su primer prototipo, su diseño hardware, el sistema final, los módulos de preprocesado que se han desarrollado, el software desarrollado en los dispositivos lógicos programables y por último las pruebas, integración y resultados obtenidos en el CERN., The object of this Thesis is the design, programming and integration of the Preprocessing Data Module of the Read Out Driver System (ROD) within the works that are being made in the European Laboratory of Physics of Particles (CERN). There treats itself about a definitive step for the beginning of this system, who will install in the ATLAS detector inside the accelerator of particles (LHC) that is being constructed in the CERN.

En esta Tesis se propone una arquitectura abierta y escalable destinada a lamonitorizaci´on domiciliaria.Con el aumento de la poblaci´on y la mejora de la calidad y esperanza devida, la ocupaci´on de los hospitales es un problema cada d´ýa m´as acuciante.Desde hace tiempo, se viene pensando como posible soluci´on las consultas ylos cuidados a distancia, lo cual no es otra cosa que la telemedicina.El auge de las telecomunicaciones y su implantaci´on en la sociedad modernahacen viable su uso en medicina, y se presentan como una soluci´on id´oneaal problema citado.En esta Tesis se plantea el uso de tecnolog´ýas y herramientas modernas paraaportar soluciones al problema de la monitorizaci´on de pacientes remota,a trav´es de una arquitectura modular que permite implementar servicioseficientes para la telemonitorizaci´on.Se hace un estudio de los sistemas de monitorizaci´on remota existentes hoyen d´ýa, tanto a nivel comercial como a nivel de investigaci´on. Se trata deaportar una soluci´on, basada en t´ecnicas de procesado digital de se nales, queadem´as de crear un simple canal de comunicaci´on aporte una monitorizaci´on"inteligente" que ayude a la toma de decisiones por parte de los especialistas.Se tienen en cuenta diversos aspectos como el ahorro de ancho de banda enlos canales de comunicaci´on, la seguridad en las transferencias y el uso deest´andares para facilitar la integraci´on con los sistemas existentes y futuros.Como ejemplo pr´actico de la arquitectura propuesta, se implementa un sistemade monitorizaci´on remota enfocado a pacientes que sufren alg´un trastornocard´ýaco, fundamentalmente enfocado a pacientes post-infarto. Dichosistema es capaz de analizar la se nal de electrocardiograma por s´ý mismo ygenerar alarmas en caso de que se produzca alg´un peligro. Para completarlo,se implementa tambi´en un modelo de servidor que recoge los datos analizadospor el sistema remoto y permite gestionarlos desde el Centro M´edico.Se han evaluado los m´odulos implementados, y se ha hecho un an´alisis exhaustivode los algoritmos propuestos. Por ´ultimo se han establecido lasconclusiones y se indica la proyecci´on futura para posteriores trabajos., In this PhD thesis, we propose and test an open and scalable arquitecturefor telemonitoring.Occupation in hospitals is a very relevant problem nowadays. A possiblesolution could be the use of teleconsulting and telecare, which essentiallyare telemedicine counterparts.In the last years, telecommunication networks have been improved and in-stalled. Nowadays, it is possible to use them in medicine, and they representa very good solution to our problem.This PhD thesis uses modern technologies and tools in order to o®er so-lutions for telemonitoring. We propose a modular system that allows theimplementation of e±cient services for telemonitoring.A previous study of the state of the art telemonitoring systems has beendone. Both commercial systems and projects of other research groups havebeen studied. Our goal is to ¯nd a solution, based on digital processingtechniques, that serves not only as a communication channel, but as aninteligent system which helps experts to take the correct decisions. For thatpurpose, we have taken into account di®erent aspects such as optimal use ofthe bandwidth, security transfers and standars accomodation of the systemspeci¯cations. They are all closely related to facilitate the integration withother present and future systems.As an example of the proposed arquitecture, we have implemented a tele-monitoring system for patients with cardiac pathologies, focusing mainly inpost-infarcted patients. Our system can analyze the electrocardiogram sig-nal and generate an alarm if it detects any risk situation. To complete thesystem, we have also implemented a server which receives data sent by ourremote device and allows its management from the hospital center.The implemented modules have been evaluated. We have done exhaustivetests of the proposed algorithms. Finally, conclusions have been establishedand directions for future works have been proposed.

Esta tesis tiene un carácter multidisciplinar, por cuanto incluye tanto aspectostécnicos - propios de áreas de tecnología electrónica, informática y comunicaciones -como aspectos científicos relativos a las áreas de rehabilitación y de la educaciónfísica y deportiva.Se puede diferenciar el trabajo realizado en dos tipos. En primer lugar, el diseño ydesarrollo de un ergómetro específico para usuarios de sillas de ruedas. Lascaracterísticas deseadas para este equipo son tales que requieren la aplicación deconocimientos y técnicas de diferentes áreas tecnológicas. De la tecnología electrónicapara diseñar y construir los sistemas de medida y control. De la informática paraimplementar el sistema de captura y análisis de datos. De las telecomunicacionespara interconectar equipos y poder conseguir su utilización a distancia, permitiendode este modo disponer de un sistema capaz de ofrecer, en tiempo real, servicios detelemedicina o tele-rehabilitación. En segundo lugar, desde un punto de vistacientífico, el interés fue la realización de estudios de valoración y determinación deparámetros fisiológicos y biomecánicos que pudieran resultar de interés parainvestigaciones posteriores en discapacitados usuarios de sillas de ruedas.Uno de los estudios realizados ha demostrado que mediante la utilización delergómetro construido en este trabajo se facilita enormemente la obtención de algunosparámetros fisiológicos, como el umbral anaeróbico o la máxima velocidad aeróbica,parámetros que resultó imposible obtener mediante las pruebas de pista que seaplican habitualmente a atletas válidos.El último trabajo a reseñar es un estudio comparativo entre resultados obtenidosmediante el estándar ASIA y los obtenidos experimentalmente con una población de75 pacientes de la Unidad de Lesionados Medulares del Hospital Universitario La Fede Valencia. El objetivo es establecer y verificar un método alternativo para laclasificación del daño en lesionados medulares.La memoria de la tesis doctoral que se presenta se ha articulado en cincocapítulos. En estos se describe la concepción, el desarrollo y la aplicación del sistemaergométrico en los estudios de valoración citados anteriormente.Así, el capítulo 1 realiza la presentación del marco general en el que se encuadrael trabajo realizado, se revisa el estado de la investigación sobre discapacidad y seplantean las aportaciones que se pretenden con este trabajo.En el capítulo 2 se realiza una revisión de los conceptos de fisiología del ejercicio yde las pruebas de esfuerzo, así como una breve introducción histórica a los ergómetrosy la ergometría y el estado actual de éstos.A lo largo del capítulo 3 se describe el equipo ergométrico diseñado y construido,tanto en los aspectos del sistema mecánico utilizado, como en los relativos al sistemade medida y control implementado, la interfaz de usuario, la captura y representaciónde datos y los accesorios que se han diseñado.El capítulo 4 está dedicado a los resultados experimentales. En él, se describe elproceso de calibración y los resultados del estudio realizado sobre deportistas de eliteen silla de ruedas para su valoración funcional. Se analizan los resultados obtenidos yse propone la aplicación a la planificación del entrenamiento de deportistas de altonivel, buscando las condiciones de máxima eficiencia. También se plantea el estudiode la medida objetiva del nivel de daño en lesión medular, buscando un métodoalternativo al actual.En el capítulo 5 se valoran los resultados obtenidos y a partir de estasconclusiones se describen los trabajos con los que se continuarán los ya completadostanto en los aspectos técnicos como científicos., These thesis is a multidisciplinary work in electronic technology, informatics,communications, and rehabilitation and sport.It has been designed and developed an ergometer specific for wheels chairs users.The characteristics desired for this instrument are such that require the applicationof knowledge and technical of different technological areas. Of the electronictechnology to design and to build the systems of measure and control. Of the dataprocessing to implement the system of capture and analysis of data. Of thetelecommunications to interconnect teams and to be able to obtain its utilization todistance, permitting in this way arranging of a capable system of offering, in realtime, services of tele-medecine or tele-rehabilitation. In second place, since ascientific point of view, the interest went the appraisal studies execution andphysiological decision of parameters and biomecanics that could result of interest forsubsequent investigations in disabled wheels chairs users.One of the studies carried out has shown that by means of the utilization of theergometer built in this work is facilitated enormously the obtaining of somephysiological parameters, as the anaerobic threshold or the maximum aerobicvelocity, parameters that turned out to be impossible to obtain by means of the testsof trail that apply habitually valid athletes.The last work is a comparative study among results obtained by means of thestandard one ASIA and them obtained experimentally with a population of 75patients of the Unit of Spinal Cord Injured of the Hospital Universitario La Fe ofValencia. The objective is to establish and to verify an alternative method for theclassification of the damage in spinal cord injury.

En esta Tesis se propone una arquitectura abierta y escalable destinada a lamonitorizaci´on domiciliaria.Con el aumento de la poblaci´on y la mejora de la calidad y esperanza devida, la ocupaci´on de los hospitales es un problema cada d´ýa m´as acuciante.Desde hace tiempo, se viene pensando como posible soluci´on las consultas ylos cuidados a distancia, lo cual no es otra cosa que la telemedicina.El auge de las telecomunicaciones y su implantaci´on en la sociedad modernahacen viable su uso en medicina, y se presentan como una soluci´on id´oneaal problema citado.En esta Tesis se plantea el uso de tecnolog´ýas y herramientas modernas paraaportar soluciones al problema de la monitorizaci´on de pacientes remota,a trav´es de una arquitectura modular que permite implementar servicioseficientes para la telemonitorizaci´on.Se hace un estudio de los sistemas de monitorizaci´on remota existentes hoyen d´ýa, tanto a nivel comercial como a nivel de investigaci´on. Se trata deaportar una soluci´on, basada en t´ecnicas de procesado digital de se nales, queadem´as de crear un simple canal de comunicaci´on aporte una monitorizaci´on"inteligente" que ayude a la toma de decisiones por parte de los especialistas.Se tienen en cuenta diversos aspectos como el ahorro de ancho de banda enlos canales de comunicaci´on, la seguridad en las transferencias y el uso deest´andares para facilitar la integraci´on con los sistemas existentes y futuros.Como ejemplo pr´actico de la arquitectura propuesta, se implementa un sistemade monitorizaci´on remota enfocado a pacientes que sufren alg´un trastornocard´ýaco, fundamentalmente enfocado a pacientes post-infarto. Dichosistema es capaz de analizar la se nal de electrocardiograma por s´ý mismo ygenerar alarmas en caso de que se produzca alg´un peligro. Para completarlo,se implementa tambi´en un modelo de servidor que recoge los datos analizadospor el sistema remoto y permite gestionarlos desde el Centro M´edico.Se han evaluado los m´odulos implementados, y se ha hecho un an´alisis exhaustivode los algoritmos propuestos. Por ´ultimo se han establecido lasconclusiones y se indica la proyecci´on futura para posteriores trabajos. In this PhD thesis, we propose and test an open and scalable arquitecturefor telemonitoring.Occupation in hospitals is a very relevant problem nowadays. A possiblesolution could be the use of teleconsulting and telecare, which essentiallyare telemedicine counterparts.In the last years, telecommunication networks have been improved and in-stalled. Nowadays, it is possible to use them in medicine, and they representa very good solution to our problem.This PhD thesis uses modern technologies and tools in order to o®er so-lutions for telemonitoring. We propose a modular system that allows theimplementation of e±cient services for telemonitoring.A previous study of the state of the art telemonitoring systems has beendone. Both commercial systems and projects of other research groups havebeen studied. Our goal is to ¯nd a solution, based on digital processingtechniques, that serves not only as a communication channel, but as aninteligent system which helps experts to take the correct decisions. For thatpurpose, we have taken into account di®erent aspects such as optimal use ofthe bandwidth, security transfers and standars accomodation of the systemspeci¯cations. They are all closely related to facilitate the integration withother present and future systems.As an example of the proposed arquitecture, we have implemented a tele-monitoring system for patients with cardiac pathologies, focusing mainly inpost-infarcted patients. Our system can analyze the electrocardiogram sig-nal and generate an alarm if it detects any risk situation. To complete thesystem, we have also implemented a server which receives data sent by ourremote device and allows its management from the hospital center.The implemented modules have been evaluated. We have done exhaustivetests of the proposed algorithms. Finally, conclusions have been establishedand directions for future works have been proposed.