Directional Geodesic Active Contours

We present a non-conformal metric that generalizes the geodesic active contours approach for image segmentation. The new metric is obtained by adding to the Euclidean metric an additional term that penalizes the misalignment of the curve with the image gradient and multiplying the resulting metric by a conformal factor that depends on the edge intensity. In this way, a closer fitting to the edge direction results. The provided experimental results address the computation of the geodesics of the new metric by applying a gradient descent to externally provided curves. The good performance of the proposed techniques is demonstrated in comparison with other active contours methods.

Contribución a los arrays de antenas activos en microondas = Contribution to active array antennas at microwave bands

Esta tesis que tiene por título "Contribución a los arrays de antenas activos en banda X", ha sido desarrollada por el estudiante de doctorado Gonzalo Expósito Domínguez, ingeniero de telecomunicación en el Grupo de Radiación del Departamento de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones de la ETSI de Telecomunicación de la Universidad Politécnica de Madrid bajo la dirección de los doctores Manuel Sierra Castañer y José Manuel Fernández González. Esta tesis contiene un profundo estudio del arte en materia de antenas activas en el campo de apuntamiento electrónico. Este estudio comprende desde los fundamentos de este tipo de antenas, problemas de operación y limitaciones hasta los sistemas actuales más avanzados. En ella se identifican las partes críticas en el diseño y posteriormente se llevan a la práctica con el diseño, simulación y construcción de un subarray de una antena integrada en el fuselaje de un avión para comunicaciones multimedia por satélite que funciona en banda X. El prototipo consta de una red de distribución multihaz de banda ancha y una antena planar. El objetivo de esta tesis es el de aplicar nuevas técnicas al diseño de antenas de apuntamiento electrónico. Es por eso que las contribuciones originales son la aplicación de barreras electromagnéticas entre elementos radiantes para reducir los acoplamientos mutuos en arrays de exploración electrónica y el diseño de redes desfasadoras sencillas en las que no son necesarios complejos desfasadores para antenas multihaz. Hasta la fecha, las barreras electromagnéticas, Electronic Band Gap (EBG), se construyen en sustratos de permitividad alta con el fin de aumentar el espacio disponible entre elementos radiantes y reducir el tamaño de estas estructuras. Sin embargo, la utilización de sustratos de alta permitividad aumenta la propagación por ondas de superficie y con ellas el acoplo mutuo. Utilizando sustratos multicapa y colocando la vía de las estructuras en su borde, en vez de en su centro, se consigue reducir el tamaño sin necesidad de usar sustratos de alta permitividad, reducir la eficiencia de radiación de la antena o aumentar la propagación por ondas de superficie. La última parte de la tesis se dedica a las redes conmutadoras y desfasadoras para antenas multihaz. El diseño de las redes de distribución para antenas son una parte crítica ya que se comportan como un atenuador a la entrada de la cadena receptora, modificando en gran medida la figura de ruido del sistema. Las pérdidas de un desfasador digital varían con el desfase introducido, por ese motivo es necesario caracterizar y calibrar los dispositivos correctamente. Los trabajos presentados en este manuscrito constan de un desfasador reflectivo con un conmutador doble serie paralelo para igualar las pérdidas de inserción en los dos estados y también un conmutador de una entrada y dos salidas cuyos puertos están adaptados en todo momento independientemente del camino del conmutador para evitar las reflexiones y fugas entre redes o elementos radiantes. El tomo finaliza con un resumen de las publicaciones en revistas científicas y ponencias en congresos, nacionales e internacionales, el marco de trabajo en el que se ha desarrollado, las colaboraciones que se han realizado y las líneas de investigación futuras. ABSTRACT This thesis was carried out in the Radiation Group of the Signals, Systems and Radiocomunications department of ETSI de Telecomunicación from Technical University of Madrid. Its title is "Contribution to active array antennas at X band" and it is developed by Gonzalo Expósito Domínguez, Electrical Engineer MsC. under the supervision of Prof. Dr. Manuel Sierra Castañer and Dr. José Manuel Fernández González. This thesis is focused on active antennas, specifically multibeam and electronic steering antenas. In the first part of the thesis a thorough description of the state of the art is presented. This study compiles the fundamentals of this antennas, operation problems and limits, up to the breakthrough applications. The critical design problems are described to use them eventually in the design, simulation and prototyping of an airborne steering array antenna for satellite communication at X band. The main objective of this thesis is to apply new techniques to the design of electronically steering antennas. Therefore the new original contributions are the application of Electromagnetic Band Gap materials (EBG) between radiating elements to reduce the mutual coupling when phase shift between elements exist and phase shifting networks where special characteristics are required. So far, the EBG structures have been constructed with high permitivity substrates in order to increase the available space between radiating elements and reduce the size of the structures. However, the surface wave propagation modes are enhanced and therefore the mutual coupling increases when high permitivity substrates are used. By using multilayered substrates and edge location via, the size is reduced meanwhile low permitivity substrates are used without reducing the radiation efficiency or enhancing the surface propagation modes. The last part of the thesis is focused on the phase shifting distribution networks for multibeam antennas. This is a critical part in the antenna design because the insertion loss in the distribution network behaves as an attenuator located in the first place in a receiver chain. The insertion loss will affect directly to the receiver noise figure and the insertion loss in a phase shifter vary with the phase shift. Therefore the devices must be well characterized and calibrated in order to obtain a properly operation. The work developed in this thesis are a reflective phase shifter with a series-shunt switch in order to make symmetrical the insertion loss for the two states and a complex Single Pole Double Through (SPDT) with matched ports in order to reduce the reflections and leakage between feeding networks and radiating elements. The end of this Ph D. dissertation concludes with a summary of the publications in national and international conferences and scientific journals, the collaborations carried out along the thesis and the future research lines.

Spawning and habitat management in salmonid populations at the southern edge of their natural ranges = Reproducción y gestión del hábitat en poblaciones de salmónidos en el extremo meridional de sus distribuciones naturales

Las poblaciones de salmónidos en la Península Ibérica (trucha común, Salmo trutta; y salmón atlántico, Salmo salar) se encuentran cerca del límite meridional de sus distribuciones naturales, y por tanto tienen una gran importancia para la conservación de estas especies. En la presente Tesis se han investigado algunos aspectos de la reproducción y de la gestión del hábitat, con el objeto de mejorar el conocimiento acerca de estas poblaciones meridionales de salmónidos. Se ha estudiado la reproducción de la trucha común en el río Castril (Andalucía, sur de España), donde se ha observado que la freza ocurre desde diciembre hasta abril con el máximo de actividad en febrero. Este hecho representa uno de los periodos reproductivos más tardíos y con mayor duración de toda la distribución natural de la especie. Además, actualmente se sabe que el resto de poblaciones andaluzas tienen periodos de reproducción similares (retrasados y extendidos). Análisis en la escala de la distribución natural de la trucha común, han mostrado que la latitud explica parcialmente tanto la fecha media de reproducción (R2 = 62.8%) como la duración del periodo de freza (R2 = 24.4%) mediante relaciones negativas: a menor latitud, la freza ocurre más tarde y durante más tiempo. Es verosímil que un periodo de freza largo suponga una ventaja para la supervivencia de las poblaciones de trucha en hábitats impredecibles, y por tanto se ha propuesto la siguiente hipótesis, que deberá ser comprobada en el futuro: la duración de la freza es mayor en hábitats impredecibles que en aquellos más predecibles. La elevada tasa de solapamiento de frezaderos observada en el río Castril no se explica únicamente por una excesiva densidad de reproductores. Las hembras de trucha eligieron lugares específicos para construir sus frezaderos en vez de dispersarse aleatoriamente dentro del hábitat adecuado para la freza que tenían disponible. Estas observaciones sugieren que las hembras tienen algún tipo de preferencia por solapar sus frezaderos. Además, en ríos calizos como el Castril, las gravas pueden ser muy cohesivas y difíciles de excavar, por lo que el solapamiento de frezaderos puede suponer una ventaja para la hembra, porque la excavación en sustratos que han sido previamente removidos por frezas anteriores requerirá menos gasto de energía que en sustratos con gravas cohesivas que no han sido alteradas. Por tanto, se ha propuesto la siguiente hipótesis, que deberá ser comprobada en el futuro: las hembras tienen una mayor preferencia por solapar sus frezaderos en ríos con sustratos cohesivos que en ríos con sustratos de gravas sueltas. En el marco de la gestión del hábitat, se han empleado dos enfoques diferentes para la evaluación del hábitat físico, con el objeto de cuantificar los cambios potenciales en la disponibilidad de hábitat, antes de la implementación real de determinadas medidas sobre el hábitat. En primer lugar, se ha evaluado el hábitat físico del salmón atlántico en el río Pas (Cantabria, norte de España), en la escala del microhábitat, empleando la metodología IFIM junto con un modelo hidráulico bidimensional (River2D). Se han simulado una serie de acciones de mejora del hábitat y se han cuantificado los cambios en el hábitat bajo estas acciones. Los resultados mostraron un aumento muy pequeño en la disponibilidad de hábitat, por lo que no sería efectivo implementar estas acciones en este tramo fluvial. En segundo lugar, se ha evaluado el hábitat físico de la trucha común en el río Tajuña (Guadalajara, centro de España), en la escala del mesohábitat, empleando la metodología MesoHABSIM. Actualmente, el río Tajuña está alterado por los usos agrícolas de sus riberas, y por tanto se ha diseñado una restauración para mitigar estos impactos y para llevar al río a un estado más natural. Se ha cuantificado la disponibilidad de hábitat tras la restauración planteada, y los resultados han permitido identificar los tramos en los que la restauración resultaría más eficaz. ABSTRACT Salmonid populations in the Iberian Peninsula (brown trout, Salmo trutta; and Atlantic salmon, Salmo salar) are close to the southern limit of their natural ranges, and therefore they are of great importance for the conservation of the species. In the present dissertation, some aspects of spawning and habitat management have been investigated, in order to improve the knowledge on these southern salmonid populations. Brown trout spawning have been studied in the river Castril (Andalusia, southern Spain), and it has been observed that spawning occurs from December until April with the maximum activity in February. This finding represents one of the most belated and protracted spawning periods within the natural range of the species. Furthermore, it is now known that the rest of Andalusian populations show similar (belated and extended) spawning periods. Broad-scale analyses throughout the brown trout natural range showed that latitude partly explained both spawning mean time (R2 = 62.8%) and spawning duration (R2 = 24.4%) by negative relationships: the lower the latitude, the later the spawning time and the longer the spawning period. It is plausible that a long spawning period would be an advantage for survival of trout populations in unpredictable habitats, and thus the following hypothesis has been proposed, which is yet to be tested: spawning duration is longer in unpredictable than in predictable habitats. High rate of redd superimposition observed in the river Castril was not only caused by high density of spawners. Trout females chose specific sites for redd construction instead of randomly dispersing over the suitable spawning habitat. These observations suggest that female spawners have some kind of preference for superimposing redds. Moreover, in limestone streams such as Castril, unused gravels can be very cohesive and hard to dig, and thus redd superimposition may be an advantage for female, because digging may require less energy expenditure in already used redd sites than in cohesive and embedded unused sites. Hence, the following hypothesis has been proposed, which is yet to be tested: females have a higher preference for superimposing redds in streambeds with cohesive and embedded substrates than in rivers with loose gravels. Within the topic of habitat management, two different approaches have been used for physical habitat assessment, in order to quantify the potential change in habitat availability, prior to the actual implementation of proposed habitat measures. Firstly, physical habitat for Atlantic salmon in the river Pas (Cantabria, northern Spain) has been assessed at the microhabitat scale, using the IFIM approach along with a two dimensional hydraulic model (River2D). Proposed habitat enhancement actions have been simulated and potential habitat change has been quantified. Results showed a very small increasing in habitat availability and therefore it is not worth to implement these measures in this stream reach. Secondly, physical habitat for brown trout in the river Tajuña (Guadalajara, central Spain) has been assessed at the mesohabitat scale, using the MesoHABSIM approach. The river Tajuña is currently impacted by surrounding agricultural uses, and thus restoration was designed to mitigate these impacts and to drive the river to a more natural state. Habitat availability after the planned restoration has been quantified, and the results have permitted to identify in which sites the restoration will be more effective.

Transformaciones urbanas del siglo XVIII en el antiguo Reino de Chile

La tesis analiza la trayectoria de las ciudades chilenas tomando como referencias la extensión, vastedad, proporciones y diversidad del paisaje en una región remota, ubicada en el confín del continente, aislada por el desierto de Atacama y la cordillera de Los Andes y que comprendía algunos de los territorios más desconocidos del Nuevo Mundo. El contexto temporal es el siglo XVIII, el período más activo de la colonización, cuando las primeras fundaciones tenían niveles de desarrollo que se expresaban en rasgos particulares, se construyen numerosas ciudades y se perfilan los contrastes entre el modelo teórico de ciudad y las ciudades reales. OBJETIVOS Analizar la forma, funciones y significado de las ciudades como respuestas a la extensión, vastedad, proporciones y diversidad del paisaje. Explorar los avances en el conocimiento del territorio y las nuevas interpretaciones del paisaje como bases para definir las estrategias de colonización y nuevas fundaciones Estudiar las influencias específicas del entorno sobre las estructuras urbanas Estos objetivos buscan aportar al conocimiento de la urbanización colonial en Chile rescatando las características distintivas del proceso según los diferentes ámbitos territoriales. METODOLOGÍA Se seleccionaron 22 ciudades como ejemplos de las transformaciones urbanas en Chile, según los paisajes y contextos culturales. Las ciudades se observaron como partes de un sistema de colonización en un territorio extenso y como individualidades fundadas en sitios específicos, cuyas cualidades se expresan en el paisaje del entorno de cada núcleo urbano. CONCLUSIONES La tesis confirma que la colonización de Chile fue una empresa militar y de dominio espacial del territorio. Las ciudades sostenían la conquista y el arraigo mediante estructuras urbanas regulares porque, la cuadricula -además de facilitar el trazado y el repartimiento de los lotes era símbolo de estabilidad en una región hostil y sujeta a la acción inesperada y destructora de la naturaleza, una forma orientadora en la vastedad y una expresión de orden y medida que contrastaba con la diversidad y extensión del paisaje. A pesar de la primacía de la cuadrícula, las ciudades no eran simples imitaciones de anteriores fundaciones; con el avance colonizador se afirmaba el anclaje de cada ciudad al paisaje del sitio de fundación, se perfeccionaban la forma y funciones urbanas mediante la adaptación al entorno y se fortalecía el arraigo de los a los nuevos paisajes que se iban construyendo. Las transformaciones urbanas dependían de los desafíos territoriales, las expectativas de los gobernantes y capacidades técnicas. Los cambios principales se manifiestan en el siglo XVIII, cuando las distintas zonas de Chile se colonizaron con estrategias afines a sus características geográficas y culturales y a las diferencias entre valles mineros, valles agrícolas, el litoral y las islas. El análisis revela que el desarrollo urbano de las ciudades fue condicionado por el relieve, la relación con otros núcleos urbanos y caminos, los recursos del lugar, la integración con estructuras colonizadoras -hacienda, fuerte o misión- predominantes en cada territorio y las interpretaciones del paisaje que se proponían desde la filosofía y las ciencias ilustradas. ABSTRACT INTRODUCTION The thesis analyzes the trajectory of the Chilean cities taking as reference the extension, vastness, proportions and diversity of landscape in a remote region, located on the edge of the continent, isolated by the Atacama Desert and the Andes mountains and comprising some of the most unknown territories of the New World. The temporal context is the eighteenth century, the most active of colonization, when the first foundations had levels of development that were expressed in particular forms; in this period many cities are built and the contrasts between the theoretical model of the city and the royal cities are emerging . OBJECTIVES •Analyze the form, function and significance of cities as responses to the extension, vastness, proportions and diversity of landscape. •Explore the advances in knowledge of the territory and the new interpretations of the landscape as a basis for defining the strategies of colonization and new foundations •Examine specific environmental influences on urban structures These objectives seek to contribute to the knowledge of colonial urbanization in Chile rescuing the distinctive characteristics of the process according to the different territorial areas. METHODOLOGY 22 cities as examples of urban transformation in Chile were selected according as the landscapes and cultural contexts. The cities were seen as part of a settlement system in a large territory and as individuals elements based on specific sites, whose qualities are expressed in the landscape around of each urban center. CONCLUSIONS The thesis confirms that the colonization of Chile was a military and space control of the territory. The cities holding the conquest and establishment through regular urban structures because, besides grid to facilitate the tracing and the division of the urban space was a symbol of stability in a hostile region and subject to unexpected and destructive action of nature, a guiding how the vastness and an expression of order and as contrasted with the diversity and extent of the landscape. Despite the primacy of the grid, the cities were not mere imitations of earlier foundations; as colonization progresses, the landscape of the place stated in each city, form and urban functions are improved by adapting the environment and establishment the landscapes that were recently built. Urban transformations depend on the territorial challenges, expectations of governments and technical capabilities. The main changes are manifested in the eighteenth century, when different areas of Chile are colonized with strategies related to its geographical and cultural characteristics and differences between mining valleys, agricultural valleys, the coast and islands. The analysis reveals that the urban development of cities was conditioned by relief, relative to other urban centers and roads, resources, integration with other colonial structures –farmers, missions or forts- dominant in each territory and the interpretations of landscape that is proposed from philosophy and illustrated science.