Juan Navarro Baldeweg : el dibujo de la mano como herramienta en el proceso creativo

Esta investigación es una incursión en el tránsito de Juan Navarro desde sus “habitaciones y horizontes”, las manifestaciones espontáneas de la mano y el proyectar, a la obra que nos devuelve a la experiencia física y corporal del mundo. Juan Navarro debe a sus manos gran parte de sus inquietudes y capacidades. Sus manos están presentes en su obra como materia –piezas de manos-, como herramienta -el dibujo por la mano- y como desencadenante en los procesos creativos de su obra de arquitectura. Las distintas obras remiten a una preocupación común: la de visualizar el espacio a través de un imaginario personal. Sin embargo, el proceso creativo en cada disciplina se desarrolla teniendo en cuenta la especificidad del medio y la experiencia que provoca en el espectador. La obra, como concreción del proceso creativo, se explica por las continuidades y discontinuidades entre las herramientas, mecanismos y estrategias utilizadas en los distintos medios. La tesis se estructura en dos partes, en la primera se estudia cómo se producen los procesos creativos, sus mecanismos en los distintos medios plásticos y el dibujo como herramienta transversal. Se identifican los conceptos y temas que dan lugar a la obra profundizando en el papel de la mano como presencia orgánica, biológica y responsable de una forma de representación personal. La segunda parte se articula en dos capítulos que, a través del dibujo, muestran la arquitectura como modelo e identifican los mecanismos utilizados en su forma de proyectar y su relación con la obra en distintos proyectos. El texto se estructura como una secuencia de ideas articuladas alrededor de un universo gráfico que nos conduce por múltiples itinerarios desde los que atisbar los procesos creativos de Juan Navarro. Estos caminos son hilos con los que se teje una visión personal de la relación entre las herramientas y mecanismos utilizados por Juan Navarro y su obra. La manera cómo se produce el proceso creativo, los mecanismos y las herramientas que los ponen en marcha constituyen una forma de abordar la obra, que hasta la fecha, se ha tratado aisladamente sin una intención de construir un cuerpo estructurado de conocimiento. En la arquitectura Juan Navarro existe un vacío de conocimiento teórico y gráfico sobre el propio proceso y su forma de proyectar. Se ha persistido en la explicación de la obra, sus referencias, temas abordados, relaciones y trasvases sin ahondar en la especificidad del medio. Estos vacíos establecen la necesidad y justificación de esta tesis doctoral. La investigación comienza descifrando una obra que desde sus inicios trabaja con la dualidad de lo gestual y lo conceptual. Plantea una forma de ordenación del mundo, de la sensación sometida a la medida en la que finalmente la obra se recibe como signo que desencadena sentimientos y te devuelve al mundo. Propone la recuperación de los sentidos a través de una arquitectura como vivencia no reductible al espacio geométrico. Identifica los mecanismos y herramientas que se establecen en este proceso y termina concluyendo que el dibujo es la herramienta doblemente transversal porque atiende de forma desigual a las distintas disciplinas y a los dos extremos en que se presenta la actividad creatividad en el trabajo de Juan Navarro. Estos extremos se corresponden con un conocimiento corporal inconsciente y un trabajo constante guiado por la motivación, la predeterminación y la conceptualización. El dibujo por la mano es el espacio de encuentro entre lo que representa la mano y la posibilidad de expresión proyectual codificada. Se produce en un territorio que se extiende desde lo analógico subyacente –que se nutre de imágenes complejas- y el dominio simbólico construido. Abstract. This research is a foray into Juan Navarro’s transition from his "Rooms and Horizons", -spontaneous demonstrations of the hand-, to the project, -the work that brings us back to experiencing the physical world-. Juan Navarro owes his hands much of his capacities and inquisitiveness. His hands are present in his work as the subject –“Hand Pieces”-, as a tool -through hand-drawing - and as a trigger in the creative processes of his work of architecture. The various works refer to a common theme: the viewing space through a personal imagery. However, the creative process in each discipline develops taking into account the specificity of the medium and the experience that arouses in the observer. The work, as completion of the creative process, is explained by the continuities and discontinuities between the tools, mechanisms and strategies used in the different media. The thesis is structured in two parts, the first studies how the creative processes are iniciated, their mechanisms in the different plastic art media, as well as drawing as a transversal tool. In this section the investigation identifies the concepts and themes that give rise to the art work, exploring the role of the hand as the organic, biological presence responsible for a way of personal representation. The second part is divided into two chapters, which, via the drawing, show the architecture as a model and identify the mechanisms used in the his way of projecting form of the project and its the relationship of hand-drawing to with his work ilustrated with different projects. The text is structured as a sequence of ideas, articulated around a graphic universe that leads us by multiple paths, letting us glimpse into the creative processes of Juan Navarro. These paths are threads that weave a personal vision of the relationship between the tools and mechanisms used by Juan Navarro in his work. The way the creative process takes place, the mechanisms and tools that set it in action, constitutes a way of dealing with the work, that, hithergo, has been treated in isolation without an intention to build a structured body of knowledge. In Navarro Baldeweg’s architecture there is a vacuum of theoretical and graphic knowledge of the process itself and his way of projecting. So far, emphasis has been placed mainly on his work’s explanation, its references, the subjects covered, connections and transfers, without delving into the specificity of each medium. These academic gaps justify the need for this doctoral thesis. The investigation begins deciphering a work that, since its very beginning, deals with the duality of the gesture and the concept. It poses a way of managing the world and the sensations which are submitted until it finally detects the work as a sign that triggers feelings and returns the observer to the real world. It proposes the recovery of the senses through an architecture that is sensed as an experience and not merely reduced to geometric space. It identifies the mechanisms and tools that are set out in this process and concludes that drawing is a core tool working in two directions, because it caters unevenly to the various disciplines and to both ends of the creative activity presented in the work of Juan Navarro. These ends correspond with an unconscious physical knowledge and a continuous work guided by motivation, predetermination and conceptualization. Hand-drawing is the meeting space between what the hand represents, and the possibility of an encoded, projectual expression. Thus, hand-drawing takes place in a territory that covers the underlying analogue - which feeds on complex images - to the symbolic built domain.

Harmony: Towards automated self-adaptive consistency in cloud storage

In just a few years cloud computing has become a very popular paradigm and a business success story, with storage being one of the key features. To achieve high data availability, cloud storage services rely on replication. In this context, one major challenge is data consistency. In contrast to traditional approaches that are mostly based on strong consistency, many cloud storage services opt for weaker consistency models in order to achieve better availability and performance. This comes at the cost of a high probability of stale data being read, as the replicas involved in the reads may not always have the most recent write. In this paper, we propose a novel approach, named Harmony, which adaptively tunes the consistency level at run-time according to the application requirements. The key idea behind Harmony is an intelligent estimation model of stale reads, allowing to elastically scale up or down the number of replicas involved in read operations to maintain a low (possibly zero) tolerable fraction of stale reads. As a result, Harmony can meet the desired consistency of the applications while achieving good performance. We have implemented Harmony and performed extensive evaluations with the Cassandra cloud storage on Grid?5000 testbed and on Amazon EC2. The results show that Harmony can achieve good performance without exceeding the tolerated number of stale reads. For instance, in contrast to the static eventual consistency used in Cassandra, Harmony reduces the stale data being read by almost 80% while adding only minimal latency. Meanwhile, it improves the throughput of the system by 45% while maintaining the desired consistency requirements of the applications when compared to the strong consistency model in Cassandra.

Proyectar dibujando: Una aproximación fenomenológica al estado naciente del proyecto. Un estudio entre dos culturas arquitectónicas

La acción del dibujar intenta presentarse en este texto como lenguaje mudo, práctica común general y práctica común en el campo arquitectónico en concreto; y también como acción, apertura, exploración (no representación) en el estado naciente del proyecto. La tesis se presenta como un estudio basado en la experiencia directa, la observación in situ (Practice Based Design Doctórate) intentando reflexionar no desde sus productos alcanzados al dibujar, sino desde la propia acción, enfatizando la dinamicidad del cuerpo como productor de gestos dinámicos. El trabajo busca describir la acción del trazar como apertura, exploración (no representación) en el estado naciente del proyecto. Es el cruce entre la acción experienciada y el pensamiento crítico respecto al hacer con aproximaciones a la artesanía (Sennett, 2010), al placer del dibujar (Nancy, 2013) y la aventura de conformar (Badiou, 2006). La experiencia en el dibujar que este estudio recoge es la desarrollada por la autora en el contexto pedagógico del D.I.G.A. de la E.T.S.A. de Madrid en concreto en las asignaturas “Dibujo Avanzado e Interpretación Gráfica (DAII) I y II” y “Dibujo del Natural” ambas impartidas por el profesor Antonio Verd Herrero y en la participación en los trabajos del Grupo de Investigación y de Innovación Educativa denominado: “Hypermedia” dirigidos por el profesor Javier Seguí, en el periodo que va del año 2007 a la actualidad. La colección de acontecimientos que surgió de esta experiencia y se formó de aproximaciones sucesivas presenta algunos rasgos característicos de la acción del dibujar. Los acontecimientos abordan la acción del dibujar desde una experiencia muda, un tipo de lenguaje, escritura y comunicación común, intercultural pero a la vez impersonal, desde su relación con la escritura, la palabra, el movimiento, el gesto y su imagen. El dibujar se presenta como modo de exploración en la investigación proyectual basada en la arbitrariedad que requiere voluntad, compromiso, ir en contra para participar en cualquier transformación de los límites (físicos, nacionales, sociales, de género, religión, sentido). El dibujar no representativo se presenta como técnica imaginaria radical, “terapia” configural con capacidad para la experimentación con uno mismo (Sloderdijk, 2003), un modo de comunicación intercultural que, sin embargo, siempre recurre al lenguaje verbal, leída e interpretada para cobrar sentido. ABSTRACT The action of drawing is intended to be presented in this text as a mute language, a common practice in general and a common practice in the field of architecture specifically; and also as an action, opening, exploration (not representation) at the birth stage of a project. The thesis forms a study based on a direct observation in an in situ experience (Practice Based Design Doctórate), which intends to reflect not on the products produced by drawing, but on the action itself, emphasizing on the dynamics of the body as a generator of dynamic gestures. The work is the intersection of experienced action and critical thinking related with the making with an approach to a path on craftsmanship (Sennett, 2010), the pleasure in drawing (Nancy, 2013) and the adventure of compromise/ conciliation (Badiou, 2006). The experience in drawing was collected and developed for this study by the author in the context of D.I.G.A. at the E.T.S.A. of Madrid and in particular at the courses of “Advanced Drawing and Graphic Interpretation” (DAII) I y II” and “Life drawing”, together with the active participation and the work of the investigation and Innovation Educational Group “Hypermedia”, coordinated by professor Javier Seguí, during the period starting the year 2007 until the present (2013). The collection of the events derives from a process of successive attempts to approach some characteristic aspects of the action of drawing. The events approach the action of drawing as a mute experience, a kind of language, common communication, writing, gesture and image. Drawing is presented as a way of exploration for a project's investigation, based on arbitrarily and on the asking “what if”. At the same time this process requires will, compromise, opposition in order to participate in a transformation of any kind of limits (physical, national, social, genre, religion, sense). This thesis aims to present non-representative drawing as a radical imaginary technique, a configurational ‘therapy’ with the capacity to experiment with oneself (Sloderdijk, 2003). It can also be considered as a way of intercultural communication which always uses the verbal, readable and interpreted language in order to charge sense.

Registration and fusion of contrast-enhanced MRI myocardial substrate maps and X-ray angiograms

The aim of this work is to provide the necessary methods to register and fuse the endo-epicardial signal intensity (SI) maps extracted from contrast-enhanced magnetic resonance imaging (ceMRI) with X-ray coronary ngiograms using an intrinsic registrationbased algorithm to help pre-planning and guidance of catheterization procedures. Fusion of angiograms with SI maps was treated as a 2D-3D pose estimation, where each image point is projected to a Plücker line, and the screw representation for rigid motions is minimized using a gradient descent method. The resultant transformation is applied to the SI map that is then projected and fused on each angiogram. The proposed method was tested in clinical datasets from 6 patients with prior myocardial infarction. The registration procedure is optionally combined with an iterative closest point algorithm (ICP) that aligns the ventricular contours segmented from two ventriculograms.

Optimización de la densidad de energía en vigas de material compuesto (PRF) sometidas a flexión pura

Las necesidades energéticas actuales requieren el desarrollo de tecnologías eficaces y eficientes en producción, transporte y distribución de energía. Estas necesidades han impulsado nuevos desarrollos en el ámbito energético, entre los cuales se encuentran sistemas de almacenamiento de energía. El avance en ingeniería de materiales permite pensar en la posibilidad de almacenamiento mediante deformación elástica de vigas. Concretamente se parte de un concepto de mecanismo acumulador de energía basado en la deformación elástica de resortes espirales a torsión. Dichos resortes se pueden considerar como elementos vigas sometidos a flexión pura y grandes deflexiones. Esta Tesis de centra en el diseño y optimización de estos elementos con el fin de maximizar la densidad de energía que son capaces de absorber. El proceso de optimización comienza con la identificación del factor crítico del que depende dicho proceso, en este caso de trata de la densidad de energía. Dicho factor depende de la geometría de la sección resistente y del material empleado en su construcción. En los últimos años ha existido un gran desarrollo de los materiales compuestos de tipo polimérico reforzados con fibras (PRF). Estos materiales están sustituyendo gradualmente a otros materiales, como los metales, debido principalmente a su excelente relación entre propiedades mecánicas y peso. Por otro lado, analizando las posibles geometrías para la sección resistente, se observó que la más adecuada es una estructura tipo sándwich. Se implementa así un procedimiento de diseño de vigas sándwich sometidas a flexión pura, con las pieles fabricadas en materiales compuestos tipo PRF y un núcleo que debe garantizar el bajo peso de la estructura. Se desarrolla así un procedimiento sistemático que se puede particularizar dependiendo de los parámetros de entrada de la viga, y que tiene en cuenta y analiza la aparición de todos los posibles modos de fallo posibles. Así mismo se desarrollan una serie de mapas o ábacos de diseño que permiten seleccionar rápidamente las dimensiones preliminares de la viga. Finalmente se llevan a cabo ensayos que permiten, por un lado, validar el concepto del mecanismo acumulador de energía a través del ensayo de un muelle con sección monolítica, y por otro validar los distintos diseños de vigas sándwich propuestos y mostrar el incremento de la densidad de energía con respecto a la alternativa monolítica. Como líneas futuras de investigación se plantean la investigación en nuevos materiales, como la utilización de nanotubos de carbono, y la optimización del mecanismo de absorción de energía; optimizando el mecanismo de absorción a flexión pura e implementando sistemas que permitan acumular energía mediante la deformación elástica debida a esfuerzos de tracción-compresión. ABSTRACT Energy supply requires the development of effective and efficient technologies for the production, transport and distribution of energy. In recent years, many energy storage systems have been developed. Advances in the field of materials engineering has allowed the development of new concepts as the energy storage by elastic deformation of beams. Particularly, in this Thesis an energy storage device based on the elastic deformation of torsional springs has been studied. These springs can be considered as beam elements subjected to pure bending loads and large deflections. This Thesis is focused on the design and optimization of these beam elements in order to maximize its density of stored energy. The optimization process starts with the identification of the critical factors for the elastic energy storage: the density. This factor depends on the geometry of the cross section of the beam and the materials from which it is made. In the last 20 years, major advances in the field of composite materials have been made, particularly in the field of fiber reinforced polymers (FRP). This type of material is substituting gradually metallic materials to their excellent weight-mechanical properties ratio. In the other side, several possible geometries are analyzed for its use in the cross section of the beam; it was concluded that the best option, for maximum energy density, is using a sandwich beam. A design procedure for sandwich beams with skins made up with FRP composites and a light weight core is developed. This procedure can be particularized for different input parameters and it analyzes all the possible failure modes. Abacus and failure mode maps have been developed in order to simplify the design process. Finally several tested was made. Firstly, a prototype of the energy storage system which uses a monolithic composite beam was tested in order to validate the concept of the energy storage by elastic deformation. After that sandwich beam samples are built and tested, validating the design and showing the increase of energy density with respect to the monolithic beam. As futures research lines the following are proposed: research in new materials, as carbon nanotubes; and the optimization of the energy storage mechanism, that means optimizing the pure bending storage mechanism and developing new ones based on traction-compression mechanisms.

An interactive web-based learning assistant for structural analysis of continuous beams

There are significant levels of concern about the relevance and the difficulty of learning some issues on Strength of Materials and Structural Analysis. Most students of Continuum Mechanics and Structural Analysis in Civil Engineering usually point out some key learning aspects as especially difficult for acquiring specific skills. These key concepts entail comprehension difficulties but ease access and applicability to structural analysis in more advanced subjects. Likewise, some elusive but basic structural concepts, such as flexibility, stiffness or influence lines, are paramount for developing further skills required for advanced structural design: tall buildings, arch-type structures as well as bridges. As new curricular itineraries are currently being implemented, it appears appropriate to devise a repository of interactive web-based applications for training in those basic concepts. That will hopefully train the student to understand the complexity of such concepts, to develop intuitive knowledge on actual structural response and to improve their preparation for exams. In this work, a web-based learning assistant system for influence lines on continuous beams is presented. It consists of a collection of interactive user-friendly applications accessible via Web. It is performed in both Spanish and English languages. Rather than a “black box” system, the procedure involves open interaction with the student, who can simulate and virtually envisage the structural response. Thus, the student is enabled to set the geometric, topologic and mechanic layout of a continuous beam and to change or shift the loading and the support conditions. Simultaneously, the changes in the beam response prompt on the screen, so that the effects of the several issues involved in structural analysis become apparent. The system is performed through a set of web pages which encompasses interactive exercises and problems, written in JavaScript under JQuery and DyGraphs frameworks, given that their efficiency and graphic capabilities are renowned. Students can freely boost their self-study on this subject in order to face their exams more confidently. Besides, this collection is expected to be added to the "Virtual Lab of Continuum Mechanics" of the UPM, launched in 2013 (http://serviciosgate.upm.es/laboratoriosvirtuales/laboratorios/medios-continuos-en-construcci%C3%B3n)

Accurate characterization of multi-resonant reflectarray cells by artificial neural networks

This paper describes the accurate characterization of the reflection coefficients of a multilayered reflectarray element by means of artificial neural networks. The procedure has been tested with different RA elements related to actual specifications. Up to 9 parameters were considered and the complete reflection coefficient matrix was accurately obtained, including cross polar reflection coefficients. Results show a good agreement between simulations carried out by the Method of Moments and the ANN model outputs at RA element level, as well as with performances of the complete RA antenna designed.

Design and development of compact optical systems = Diseño y desarrollo de sistemas ópticos compactos

Esta tesis considera dos tipos de aplicaciones del diseño óptico: óptica formadora de imagen por un lado, y óptica anidólica (nonimaging) o no formadora de imagen, por otro. Las ópticas formadoras de imagen tienen como objetivo la obtención de imágenes de puntos del objeto en el plano de la imagen. Por su parte, la óptica anidólica, surgida del desarrollo de aplicaciones de concentración e iluminación, se centra en la transferencia de energía en forma de luz de forma eficiente. En general, son preferibles los diseños ópticos que den como resultado sistemas compactos, para ambos tipos de ópticas (formadora de imagen y anidólica). En el caso de los sistemas anidólicos, una óptica compacta permite tener costes de producción reducidos. Hay dos razones: (1) una óptica compacta presenta volúmenes reducidos, lo que significa que se necesita menos material para la producción en masa; (2) una óptica compacta es pequeña y ligera, lo que ahorra costes en el transporte. Para los sistemas ópticos de formación de imagen, además de las ventajas anteriores, una óptica compacta aumenta la portabilidad de los dispositivos, que es una gran ventaja en tecnologías de visualización portátiles, tales como cascos de realidad virtual (HMD del inglés Head Mounted Display). Esta tesis se centra por tanto en nuevos enfoques de diseño de sistemas ópticos compactos para aplicaciones tanto de formación de imagen, como anidólicas. Los colimadores son uno de los diseños clásicos dentro la óptica anidólica, y se pueden utilizar en aplicaciones fotovoltaicas y de iluminación. Hay varios enfoques a la hora de diseñar estos colimadores. Los diseños convencionales tienen una relación de aspecto mayor que 0.5. Con el fin de reducir la altura del colimador manteniendo el área de iluminación, esta tesis presenta un diseño de un colimador multicanal. En óptica formadora de imagen, las superficies asféricas y las superficies sin simetría de revolución (o freeform) son de gran utilidad de cara al control de las aberraciones de la imagen y para reducir el número y tamaño de los elementos ópticos. Debido al rápido desarrollo de sistemas de computación digital, los trazados de rayos se pueden realizar de forma rápida y sencilla para evaluar el rendimiento del sistema óptico analizado. Esto ha llevado a los diseños ópticos modernos a ser generados mediante el uso de diferentes técnicas de optimización multi-paramétricas. Estas técnicas requieren un buen diseño inicial como punto de partida para el diseño final, que será obtenido tras un proceso de optimización. Este proceso precisa un método de diseño directo para superficies asféricas y freeform que den como resultado un diseño cercano al óptimo. Un método de diseño basado en ecuaciones diferenciales se presenta en esta tesis para obtener un diseño óptico formado por una superficie freeform y dos superficies asféricas. Esta tesis consta de cinco capítulos. En Capítulo 1, se presentan los conceptos básicos de la óptica formadora de imagen y de la óptica anidólica, y se introducen las técnicas clásicas del diseño de las mismas. El Capítulo 2 describe el diseño de un colimador ultra-compacto. La relación de aspecto ultra-baja de este colimador se logra mediante el uso de una estructura multicanal. Se presentará su procedimiento de diseño, así como un prototipo fabricado y la caracterización del mismo. El Capítulo 3 describe los conceptos principales de la optimización de los sistemas ópticos: función de mérito y método de mínimos cuadrados amortiguados. La importancia de un buen punto de partida se demuestra mediante la presentación de un mismo ejemplo visto a través de diferentes enfoques de diseño. El método de las ecuaciones diferenciales se presenta como una herramienta ideal para obtener un buen punto de partida para la solución final. Además, diferentes técnicas de interpolación y representación de superficies asféricas y freeform se presentan para el procedimiento de optimización. El Capítulo 4 describe la aplicación del método de las ecuaciones diferenciales para un diseño de un sistema óptico de una sola superficie freeform. Algunos conceptos básicos de geometría diferencial son presentados para una mejor comprensión de la derivación de las ecuaciones diferenciales parciales. También se presenta un procedimiento de solución numérica. La condición inicial está elegida como un grado de libertad adicional para controlar la superficie donde se forma la imagen. Basado en este enfoque, un diseño anastigmático se puede obtener fácilmente y se utiliza como punto de partida para un ejemplo de diseño de un HMD con una única superficie reflectante. Después de la optimización, dicho diseño muestra mejor rendimiento. El Capítulo 5 describe el método de las ecuaciones diferenciales ampliado para diseños de dos superficies asféricas. Para diseños ópticos de una superficie, ni la superficie de imagen ni la correspondencia entre puntos del objeto y la imagen pueden ser prescritas. Con esta superficie adicional, la superficie de la imagen se puede prescribir. Esto conduce a un conjunto de tres ecuaciones diferenciales ordinarias implícitas. La solución numérica se puede obtener a través de cualquier software de cálculo numérico. Dicho procedimiento también se explica en este capítulo. Este método de diseño da como resultado una lente anastigmática, que se comparará con una lente aplanática. El diseño anastigmático converge mucho más rápido en la optimización y la solución final muestra un mejor rendimiento. ABSTRACT We will consider optical design from two points of view: imaging optics and nonimaging optics. Imaging optics focuses on the imaging of the points of the object. Nonimaging optics arose from the development of concentrators and illuminators, focuses on the transfer of light energy, and has wide applications in illumination and concentration photovoltaics. In general, compact optical systems are necessary for both imaging and nonimaging designs. For nonimaging optical systems, compact optics use to be important for reducing cost. The reasons are twofold: (1) compact optics is small in volume, which means less material is needed for mass-production; (2) compact optics is small in size and light in weight, which saves cost in transportation. For imaging optical systems, in addition to the above advantages, compact optics increases portability of devices as well, which contributes a lot to wearable display technologies such as Head Mounted Displays (HMD). This thesis presents novel design approaches of compact optical systems for both imaging and nonimaging applications. Collimator is a typical application of nonimaging optics in illumination, and can be used in concentration photovoltaics as well due to the reciprocity of light. There are several approaches for collimator designs. In general, all of these approaches have an aperture diameter to collimator height not greater than 2. In order to reduce the height of the collimator while maintaining the illumination area, a multichannel design is presented in this thesis. In imaging optics, aspheric and freeform surfaces are useful in controlling image aberrations and reducing the number and size of optical elements. Due to the rapid development of digital computing systems, ray tracing can be easily performed to evaluate the performance of optical system. This has led to the modern optical designs created by using different multi-parametric optimization techniques. These techniques require a good initial design to be a starting point so that the final design after optimization procedure can reach the optimum solution. This requires a direct design method for aspheric and freeform surface close to the optimum. A differential equation based design method is presented in this thesis to obtain single freeform and double aspheric surfaces. The thesis comprises of five chapters. In Chapter 1, basic concepts of imaging and nonimaging optics are presented and typical design techniques are introduced. Readers can obtain an understanding for the following chapters. Chapter 2 describes the design of ultra-compact collimator. The ultra-low aspect ratio of this collimator is achieved by using a multichannel structure. Its design procedure is presented together with a prototype and its evaluation. The ultra-compactness of the device has been approved. Chapter 3 describes the main concepts of optimizing optical systems: merit function and Damped Least-Squares method. The importance of a good starting point is demonstrated by presenting an example through different design approaches. The differential equation method is introduced as an ideal tool to obtain a good starting point for the final solution. Additionally, different interpolation and representation techniques for aspheric and freeform surface are presented for optimization procedure. Chapter 4 describes the application of differential equation method in the design of single freeform surface optical system. Basic concepts of differential geometry are presented for understanding the derivation of partial differential equations. A numerical solution procedure is also presented. The initial condition is chosen as an additional freedom to control the image surface. Based on this approach, anastigmatic designs can be readily obtained and is used as starting point for a single reflective surface HMD design example. After optimization, the evaluation shows better MTF. Chapter 5 describes the differential equation method extended to double aspheric surface designs. For single optical surface designs, neither image surface nor the mapping from object to image can be prescribed. With one more surface added, the image surface can be prescribed. This leads to a set of three implicit ordinary differential equations. Numerical solution can be obtained by MATLAB and its procedure is also explained. An anastigmatic lens is derived from this design method and compared with an aplanatic lens. The anastigmatic design converges much faster in optimization and the final solution shows better performance.

Local optimal scale in a hierarchical segmentation method for satellite image: an OBIA approach for the agricultural landscape

Overrecentdecades,remotesensinghasemergedasaneffectivetoolforimprov- ing agriculture productivity. In particular, many works have dealt with the problem of identifying characteristics or phenomena of crops and orchards on different scales using remote sensed images. Since the natural processes are scale dependent and most of them are hierarchically structured, the determination of optimal study scales is mandatory in understanding these processes and their interactions. The concept of multi-scale/multi- resolution inherent to OBIA methodologies allows the scale problem to be dealt with. But for that multi-scale and hierarchical segmentation algorithms are required. The question that remains unsolved is to determine the suitable scale segmentation that allows different objects and phenomena to be characterized in a single image. In this work, an adaptation of the Simple Linear Iterative Clustering (SLIC) algorithm to perform a multi-scale hierarchi- cal segmentation of satellite images is proposed. The selection of the optimal multi-scale segmentation for different regions of the image is carried out by evaluating the intra- variability and inter-heterogeneity of the regions obtained on each scale with respect to the parent-regions defined by the coarsest scale. To achieve this goal, an objective function, that combines weighted variance and the global Moran index, has been used. Two different kinds of experiment have been carried out, generating the number of regions on each scale through linear and dyadic approaches. This methodology has allowed, on the one hand, the detection of objects on different scales and, on the other hand, to represent them all in a sin- gle image. Altogether, the procedure provides the user with a better comprehension of the land cover, the objects on it and the phenomena occurring.