Contribuciones al estudio analítico del movimiento de rotación de una Tierra deformable

Esta memoria para optar al grado de doctor por la Universidad de Alicante, en el área de Matemática Aplicada, se divide en ocho capítulos. En los cuatro primeros se lleva a cabo una revisión del problema de la rotación de la Tierra rígida y elástica, en formalismo hamiltoniano, y se introducen algunas alternativas originales a la construcción de ciertos elementos de la teoría. En los otros cuatro se presentan nuevas contribuciones al estudio analítico de los movimientos de precesión y nutación de la Tierra deformable. Estas se pueden agrupar en dos categorías: la obtención de fórmulas que describen el movimiento de rotación del eje de figura, que completan las existentes hasta la fecha, y la extensión del formalismo para hacerlo compatible con modelos reológicos de la Tierra más generales.

Anchored deformable face ensemble alignment

At present, many approaches have been proposed for deformable face alignment with varying degrees of success. However, the common drawback to nearly all these approaches is the inaccurate landmark registrations. The registration errors which occur are predominantly heterogeneous (i.e. low error for some frames in a sequence and higher error for others). In this paper we propose an approach for simultaneously aligning an ensemble of deformable face images stemming from the same subject given noisy heterogeneous landmark estimates. We propose that these initial noisy landmark estimates can be used as an “anchor” in conjunction with known state-of-the-art objectives for unsupervised image ensemble alignment. Impressive alignment performance is obtained using well known deformable face fitting algorithms as “anchors.

Deformable face ensemble alignment with robust grouped-L1 anchors

Many methods exist at the moment for deformable face fitting. A drawback to nearly all these approaches is that they are (i) noisy in terms of landmark positions, and (ii) the noise is biased across frames (i.e. the misalignment is toward common directions across all frames). In this paper we propose a grouped $\mathcal{L}1$-norm anchored method for simultaneously aligning an ensemble of deformable face images stemming from the same subject, given noisy heterogeneous landmark estimates. Impressive alignment performance improvement and refinement is obtained using very weak initialization as "anchors".

A near-to-far non-parametric learning approach for estimating traversability in deformable terrain

It is well recognized that many scientifically interesting sites on Mars are located in rough terrains. Therefore, to enable safe autonomous operation of a planetary rover during exploration, the ability to accurately estimate terrain traversability is critical. In particular, this estimate needs to account for terrain deformation, which significantly affects the vehicle attitude and configuration. This paper presents an approach to estimate vehicle configuration, as a measure of traversability, in deformable terrain by learning the correlation between exteroceptive and proprioceptive information in experiments. We first perform traversability estimation with rigid terrain assumptions, then correlate the output with experienced vehicle configuration and terrain deformation using a multi-task Gaussian Process (GP) framework. Experimental validation of the proposed approach was performed on a prototype planetary rover and the vehicle attitude and configuration estimate was compared with state-of-the-art techniques. We demonstrate the ability of the approach to accurately estimate traversability with uncertainty in deformable terrain.

Multi-modal deformable medical image registration

Non-rigid image registration is an essential tool required for overcoming the inherent local anatomical variations that exist between images acquired from different individuals or atlases. Furthermore, certain applications require this type of registration to operate across images acquired from different imaging modalities. One popular local approach for estimating this registration is a block matching procedure utilising the mutual information criterion. However, previous block matching procedures generate a sparse deformation field containing displacement estimates at uniformly spaced locations. This neglects to make use of the evidence that block matching results are dependent on the amount of local information content. This paper presents a solution to this drawback by proposing the use of a Reversible Jump Markov Chain Monte Carlo statistical procedure to optimally select grid points of interest. Three different methods are then compared to propagate the estimated sparse deformation field to the entire image including a thin-plate spline warp, Gaussian convolution, and a hybrid fluid technique. Results show that non-rigid registration can be improved by using the proposed algorithm to optimally select grid points of interest.

A deformable Brodmann area atlas

Functional MRI studies commonly refer to activation patterns as being localized in specific Brodmann areas, referring to Brodmann’s divisions of the human cortex based on cytoarchitectonic boundaries [3]. Typically, Brodmann areas that match regions in the group averaged functional maps are estimated by eye, leading to inaccurate parcellations and significant error. To avoid this limitation, we developed a method using high-dimensional nonlinear registration to project the Brodmann areas onto individual 3D co-registered structural and functional MRI datasets, using an elastic deformation vector field in the cortical parameter space. Based on a sulcal pattern matching approach [11], an N=27 scan single subject atlas (the Colin Holmes atlas [15]) with associated Brodmann areas labeled on its surface, was deformed to match 3D cortical surface models generated from individual subjects’ structural MRIs (sMRIs). The deformed Brodmann areas were used to quantify and localize functional MRI (fMRI) BOLD activation during the performance of the Tower of London task [7].

Active fibers: Matching deformable tract templates to diffusion tensor images

Reliable quantitative analysis of white matter connectivity in the brain is an open problem in neuroimaging, with common solutions requiring tools for fiber tracking, tractography segmentation and estimation of intersubject correspondence. This paper proposes a novel, template matching approach to the problem. In the proposed method, a deformable fiber-bundle model is aligned directly with the subject tensor field, skipping the fiber tracking step. Furthermore, the use of a common template eliminates the need for tractography segmentation and defines intersubject shape correspondence. The method is validated using phantom DTI data and applications are presented, including automatic fiber-bundle reconstruction and tract-based morphometry. © 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Nonparametric traversability estimation in partially occluded and deformable terrain

Terrain traversability estimation is a fundamental requirement to ensure the safety of autonomous planetary rovers and their ability to conduct long-term missions. This paper addresses two fundamental challenges for terrain traversability estimation techniques. First, representations of terrain data, which are typically built by the rover’s onboard exteroceptive sensors, are often incomplete due to occlusions and sensor limitations. Second, during terrain traversal, the rover-terrain interaction can cause terrain deformation, which may significantly alter the difficulty of traversal. We propose a novel approach built on Gaussian process (GP) regression to learn, and consequently to predict, the rover’s attitude and chassis configuration on unstructured terrain using terrain geometry information only. First, given incomplete terrain data, we make an initial prediction under the assumption that the terrain is rigid, using a learnt kernel function. Then, we refine this initial estimate to account for the effects of potential terrain deformation, using a near-to-far learning approach based on multitask GP regression. We present an extensive experimental validation of the proposed approach on terrain that is mostly rocky and whose geometry changes as a result of loads from rover traversals. This demonstrates the ability of the proposed approach to accurately predict the rover’s attitude and configuration in partially occluded and deformable terrain.

Wall-mode instability in plane shear flow of viscoelastic fluid over a deformable solid

The linear stability analysis of a plane Couette flow of an Oldroyd-B viscoelastic fluid past a flexible solid medium is carried out to investigate the role of polymer addition in the stability behavior. The system consists of a viscoelastic fluid layer of thickness R, density rho, viscosity eta, relaxation time lambda, and retardation time beta lambda flowing past a linear elastic solid medium of thickness HR, density rho, and shear modulus G. The emphasis is on the high-Reynolds-number wall-mode instability, which has recently been shown in experiments to destabilize the laminar flow of Newtonian fluids in soft-walled tubes and channels at a significantly lower Reynolds number than that for flows in rigid conduits. For Newtonian fluids, the linear stability studies have shown that the wall modes become unstable when flow Reynolds number exceeds a certain critical value Re c which scales as Sigma(3/4), where Reynolds number Re = rho VR/eta, V is the top-plate velocity, and dimensionless parameter Sigma = rho GR(2)/eta(2) characterizes the fluid-solid system. For high-Reynolds-number flow, the addition of polymer tends to decrease the critical Reynolds number in comparison to that for the Newtonian fluid, indicating a destabilizing role for fluid viscoelasticity. Numerical calculations show that the critical Reynolds number could be decreased by up to a factor of 10 by the addition of small amount of polymer. The critical Reynolds number follows the same scaling Re-c similar to Sigma(3/4) as the wall modes for a Newtonian fluid for very high Reynolds number. However, for moderate Reynolds number, there exists a narrow region in beta-H parametric space, corresponding to very dilute polymer solution (0.9 less than or similar to beta < 1) and thin solids (H less than or similar to 1.1), in which the addition of polymer tends to increase the critical Reynolds number in comparison to the Newtonian fluid. Thus, Reynolds number and polymer properties can be tailored to either increase or decrease the critical Reynolds number for unstable modes, thus providing an additional degree of control over the laminar-turbulent transition.

Membrane-based deformable mirror: intrinsic aberrations and alignment issues

A deformable mirror (DM) is an important component of an adaptive optics system. It is known that an on-axis spherical/parabolic optical component, placed at an angle to the incident beam introduces defocus as well as astigmatism in the image plane. Although the former can be compensated by changing the focal plane position, the latter cannot be removed by mere optical realignment. Since the DM is to be used to compensate a turbulence-induced curvature term in addition to other aberrations, it is necessary to determine the aberrations induced by such (curved DM surface) an optical element when placed at an angle (other than 0 deg) of incidence in the optical path. To this effect, we estimate to a first order the aberrations introduced by a DM as a function of the incidence angle and deformation of the DM surface. We record images using a simple setup in which the incident beam is reflected by a 37 channel micro-machined membrane deformable mirror for various angles of incidence. It is observed that astigmatism is a dominant aberration, which was determined by measuring the difference between the tangential and sagittal focal planes. We justify our results on the basis of theoretical simulations and discuss the feasibility of using such a system for adaptive optics considering a trade-off between wavefront correction and astigmatism due to deformation. (C) 2015 Optical Society of America

Comparación de calidad en la producción de carbón vegetal entre la fosa de tierra y el horno de ladrillo, en la finca el plantel Masaya

La presente investigación tuvo como objetivo comparar la producción de calidad de carbón vegetal entre la fosa de tierra y el horno de ladrillo utilizando Eucalyptus camaldulensis, empleando dos categorías diamétricas. La metodología utilizada consistió en la selección del material vegetal para la producción de carbón, se seleccionaron árboles con diámetros entre 20-30 cm. y mayores de 30 cm. por cada categoría diamétrica se emplearon cinco árboles para un total de diez individuos, se tumbaron los árboles con la técnica de tala dirigida, con hacha a partir de 0.30 cm. del suelo con el propósito de aprovechar la mayor cantidad de madera del árbol, se procedió a medir la longitud de la troza en metros empleando una cinta métrica para la medición del diámetro medio. Luego se procedió a calcular el volumen del fuste limpio utilizando la fórmula de Smalian, posteriormente se traslado trozas y ramas al sitio de carbonización, se depositaron por clase diamétrica donde se cálculo el volumen empleando la fórmula de Huber, para la cubicación de las ramas se empleo el método tradicional de metro estéreo. Para la producción de carbón vegetal se emplearon dos diseños de producción: fosa de tierra y el horno de ladrillos, el análisis de laboratorio consistió en determinar porcentaje de cenizas, carbono orgánico, densidad aparente y porcentaje de humedad. Para la clase diamétrica de 20 a 30 cm., se utilizo un volumen de 4.48 m3 y para la categoría diamétrica mayor de 30 cm, 6.55 m3. Finalizado el proceso de carbonización se obtuvieron 8 sacos en la fosa de tierra, equivalente a 0.217m3, en el horno de ladrillo se obtuvieron 18 sacos lo que representa 0.496 m3. Comparando los estándares de calidad de la FAO, con los obtenidos en este estudio, son aceptables, se concluye que el método de producción de horno de ladrillos usando arboles mayores de 30 cm es el mejor método para la producción de carbón vegetal.

Arreglos de siembra de frijol común (Phaseolus vulgaris L.) y maiz (Zea mays L.) en asocio y monocultivos, efecto sobre la cenosis, crecimiento y rendimiento de los cultivos y uso equivalente de la tierra

En el presente escrito se presentan los resultados de un experimento sembrado en la época de primera 1994, en la finca experimental La Compañía, ubicada en el municipio de San Marcos, departamento de Carazo, en un suelo de origen volcánico con altos contenidos de carbono orgánico. El propósito fue determinar el efecto de siembra de frijol común (Phaseolus vulgaris L.) Asociado con maíz (Zea mays L.) Y monocultivos sobre la dinámica de las malezas, utilidad de la tierra y rendimiento de los cultivos. Se utilizó un diseño de bloques completos al azar con cuatro repeticiones en el cual se evaluaron monocultivo de maíz y frijol, y la asociación de frijol con maíz bajo 4 arreglos de siembra: un surco de frijol y 1 de maíz (1:1), dos surcos de frijol y uno de maíz (2:1), tres surcos de frijol y uno de maíz (3:1) y cuatro surcos de frijol y uno de maíz (4:1). Los resultados obtenidos indican que los asocios resultaron ser más eficientes que los monocultivos sobre la abundancia y dominancia de las malezas al aprovechar estos el efecto de cobertura que ejerció el frijol en las calles de maíz, reduciendo de esta forma las necesidades de control principalmente en lo referente a este último. Los mayores rendimientos de grano se obtuvieron también en los sistemas asociados bajo los arreglos 2:1, .3: l, 4:1 y 1:1, seguidos por el monocultivo de maíz. El frijol en monocultivo fue el menos rendidor por unidad de área. En cuanto a la eficiencia en el uso de la tierra fue mayor en los asocios que en los monocultivos, los cuales tuvieron un uso equivalente de la tierra (UET) de 1.64, 1.51, 1.43 y 1.30 para los arreglos 3: l, 4:1, 2:1 y 1:1 respectivamente, proporcionando un 64, 51, 43 y 30 por ciento más de producción por unidad de área que los monocultivos. El policultivo resultó ser un componente valioso a ser tomado en cuenta en un programa de manejo integrado de malezas en ambos cultivos, ya que reduce la vulnerabilidad del sistema a la colonización y establecimiento de las malezas, además de un mejor uso de la tierra y mayor diversificación de la producción.

Efecto de arreglos de siembra maiz (Zea mays L.) y frijol (Phaseolus vulgaris L.), en asocio y monocultivo sobre la dinámica de las malezas, el crecimiento y rendimiento de los cultivos y uso equivalente de la tierra. Primera 1995

En el presente estudio se presentan los resultados de un experimento realizado en época de primera 1995, en la finca San Diego, ubicada en el municipio de Nandaime, departamento de Granada, en un suelo de origen volcánico, franco arcilloso. El propósito fue determinar el efecto de arreglos de siembra de frijol común asociado con matiz y monocultivos sobre la cenosis de las maleas, crecimiento, rendimientos absolutos y relativos y aprovechabilidad de la tierra. Se utilizó un diseño de Bloques Completos al Azar, con cuatro repeticiones en el cual se evaluaron monocultivos de maíz y frijol y los asocios de plantas de frijol con maíz bajo 7 arreglos de siembra: dos surcos de frijol y tres de maíz (F2M3), un surco de frijol y uno de maíz (F1M1), cuatro surcos de frijol y tres de maíz (F4M3), dos surcos de frijol y uno de maíz (F2M1), tres surcos de frijol y uno de maíz (F3M1), cuatro surcos de frijol y uno de maíz (F4M1) y 14 surcos de frijol y uno de maíz (F6M1). Las resultados obtenidos indican que los arreglos en asocios resultaron ser más efectivos en el control de maíz, en lo que respecta a abundancia, dominancia y cobertura de malezas, al aprovechar éstos el efecto de cobertura que ejerce el frijol en las calles de maíz y el sombreo superior del follaje del maíz. Los mayores rendimientos de granos se obtuvieron en los monocultivos, resultado de una mayor cantidad de plantas ~echadas por unidad de área. En lo que se refiere al uso equivalente de la tierra resultaron ser los asocias F4M1, F4M3, F2M1 y P6M1 más eficientes que los monocultivos, los cuales presentaron valores de 50, 45, 43, 27 y 7 por ciento más de producción por unidad de área que los monocultivos Los asocios además resultaron ser la alternativa más económica para el pequeño y mediano productor siendo más viable los arreglos de siembra F2M1, F4M3, F4M1 en relación a los monocultivos con tasas de rentabilidad de 127.7, 127.6 y 109.4 por ciento respectivamente.