Three-dimensional solitons in cross-combined linear and nonlinear optical lattices

The existence and stability of three-dimensional (3D) solitons, in cross-combined linear and nonlinear optical lattices, are investigated. In particular, with a starting optical lattice (OL) configuration such that it is linear in the x-direction and nonlinear in the y-direction, we consider the z-direction either unconstrained (quasi-2D OL case) or with another linear OL (full 3D case). We perform this study both analytically and numerically: analytically by a variational approach based on a Gaussian ansatz for the soliton wavefunction and numerically by relaxation methods and direct integrations of the corresponding Gross-Pitaevskii equation. We conclude that, while 3D solitons in the quasi-2D OL case are always unstable, the addition of another linear OL in the z-direction allows us to stabilize 3D solitons both for attractive and repulsive mean interactions. From our results, we suggest the possible use of spatial modulations of the nonlinearity in one of the directions as a tool for the management of stable 3D solitons.

Comparative study about the use of two and three-dimensional methods in surface finishing characterization

The increasing number of works related to the surface texture characterization based on 3D information, makes convenient rethinking traditional methods based on two-dimensional measurements from profiles. This work compares results between measurements obtained using two and three-dimensional methods. It uses three kinds of data sources: reference surfaces, randomly generated surfaces and measured. Preliminary results are presented. These results must be completed trying to cover a wider number of possibilities according to the manufacturing process and the measurement instrumentation since results can vary quite significantly between them.

Faithful representation of similarities among three-dimensional shapes in human vision.

Efficient and reliable classification of visual stimuli requires that their representations reside a low-dimensional and, therefore, computationally manageable feature space. We investigated the ability of the human visual system to derive such representations from the sensory input-a highly nontrivial task, given the million or so dimensions of the visual signal at its entry point to the cortex. In a series of experiments, subjects were presented with sets of parametrically defined shapes; the points in the common high-dimensional parameter space corresponding to the individual shapes formed regular planar (two-dimensional) patterns such as a triangle, a square, etc. We then used multidimensional scaling to arrange the shapes in planar configurations, dictated by their experimentally determined perceived similarities. The resulting configurations closely resembled the original arrangements of the stimuli in the parameter space. This achievement of the human visual system was replicated by a computational model derived from a theory of object representation in the brain, according to which similarities between objects, and not the geometry of each object, need to be faithfully represented.

Numerical evaluation of three dimensional effects in planar flow birefringence

The influence of three dimensional effects on isochromatic birefringence is evaluated for planar flows by means of numerical simulation. Two fluid models are investigated in channel and abrupt contraction geometries. In practice, the flows are confined by viewing windows, which alter the stresses along the optical path. The observed optical properties differ therefore from their counterpart in an ideal two-dimensional flow. To investigate the influence of these effects, the stress optical rule and the differential propagation Mueller matrix are used. The material parameters are selected so that a retardation of multiple orders is achieved, as is typical for highly birefringent melts. Errors due to three dimensional effects are mainly found on the symmetry plane, and increase significantly with the flow rate. Increasing the geometric aspect ratio improve the accuracy provided that the error on the retardation is less than one order. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Three-dimensional solitons in coupled atomic-molecular Bose-Einstein condensates

We present a theoretical analysis of three-dimensional (3D) matter-wave solitons and their stability properties in coupled atomic and molecular Bose-Einstein condensates (BECs). The soliton solutions to the mean-field equations are obtained in an approximate analytical form by means of a variational approach. We investigate soliton stability within the parameter space described by the atom-molecule conversion coupling, the atom-atom s-wave scattering, and the bare formation energy of the molecular species. In terms of ordinary optics, this is analogous to the process of sub- or second-harmonic generation in a quadratic nonlinear medium modified by a cubic nonlinearity, together with a phase mismatch term between the fields. While the possibility of formation of multidimensional spatiotemporal solitons in pure quadratic media has been theoretically demonstrated previously, here we extend this prediction to matter-wave interactions in BEC systems where higher-order nonlinear processes due to interparticle collisions are unavoidable and may not be neglected. The stability of the solitons predicted for repulsive atom-atom interactions is investigated by direct numerical simulations of the equations of motion in a full 3D lattice. Our analysis also leads to a possible technique for demonstrating the ground state of the Schrodinger-Newton and related equations that describe Bose-Einstein condensates with nonlocal interparticle forces.

Medical image registration based on random line sampling

One of the key aspects in 3D-image registration is the computation of the joint intensity histogram. We propose a new approach to compute this histogram using uniformly distributed random lines to sample stochastically the overlapping volume between two 3D-images. The intensity values are captured from the lines at evenly spaced positions, taking an initial random offset different for each line. This method provides us with an accurate, robust and fast mutual information-based registration. The interpolation effects are drastically reduced, due to the stochastic nature of the line generation, and the alignment process is also accelerated. The results obtained show a better performance of the introduced method than the classic computation of the joint histogram

Mòdul de visualització 3D d’ ajuda al diagnòstic de les neoplàsies rectals

El diagnòstic mitjançant la imatge mèdica s’ha convertit en una eina fonamental en la pràctica clínica, permet entre altres coses, reconstruir a partir d’un conjunt d’imatges 2D, obtingudes a partir d’aparells de captació, qualsevol part de l’organisme d’un pacient i representar-lo en un model 3D. Sobre aquest model 3D poden realitzar-se diferents operacions que faciliten el diagnòstic i la presa de decisions als especialistes. El projecte que es presenta forma part del desenvolupament de la plataforma informàtica de visualització i tractament de dades mèdiques, anomenada Starviewer, que desenvolupen conjuntament el laboratori de Gràfics i Imatge (GiLab) de la Universitat de Girona i l’ Institut de Diagnòstic per la Imatge (IDI) de l’Hospital Josep Trueta de Girona. En particular, en aquest projecte es centra en el diagnòstic del càncer colorectal i el desenvolupament de mètodes i tècniques de suport al seu diagnòstic. Els dos punts claus en el tractament d’aqueta patologia són: la detecció de les lesions I l’estudi de l’evolució d’aquestes lesions, una vegada s’ha iniciat el tractament tumoral. L’objectiu principal d’aquest projecte és implementar i integrar en la plataforma Starviewer les tècniques de visualització i processament de dades necessàries per donar suport als especialistes en el diagnòstic de les lesions del colon. Donada la dificultat en el processament de les dades reals del budell ens proposem: dissenyar i implementar un sistema per crear models sintètics del budell; estudiar, implementar i avaluar les tècniques de processament d’imatge que calen per segmentar lesions de budell; dissenyar i implementar un sistema d’exploració del budell iintegrar de tots els mòduls implementats en la plataforma starviewer

Visualització de models fusionats

L’objectiu principal d’aquest projecte era implementar la visualització 3D demodels fusionats i aplicar totes les tècniques possibles per realitzar aquesta fusió. Aquestes tècniques s’integraran en la plataforma de visualització i processament de dades mèdiques STARVIEWER. Per assolir l’ objectiu principal s’ han definit els següents objectius específics:1- estudiar els algoritmes de visualització de models simples i analitzar els diferents paràmetres a tenir en compte. 2- ampliació de la tècnica de visualització bàsica seleccionada per tal de suportar els models fusionats. 3- avaluar i compar tots els mètodes implementats per poder determinar quin ofereix les millors visualitzacions

Visualització de volums usant miralls màgics

En el marc del conveni de col·laboració entre el Grup de Gràfics de Girona de la Universitat de Girona i el Grup de Neuroradiologia de l’Institut de Diagnòstic per la Imatge de l’Hospital Universitari Dr. Josep Trueta de Girona, es planteja desenvolupar la plataforma StarViewer, una plataforma que incorpori les tècniques bàsiques de visualització científica complementant la visualització 2D tradicional amb una visualització 3D que permeti inspeccionar la informació del pacient de forma més eficient i facilitant-ne el seu diagnòstic. En aquest projecte s’implementen dos tècniques que formaran part de la plataforma StarViewer. El primer objectiu és implementar un mètode per facilitar la visualització i la interpretació de models de vòxels simples i models de vòxels fusionats, i el segon és implementar un mètode basat en mesures de la Teoria de la Informació per ajudar l’usuari a trobar el punt de vista òptim per a un model donat. Per assolir el primer objectiu ens centrarem en la tècnica dels Miralls màgics o Magic Mirrors, que permeten la visualització simultània del model de vòxels des de diferents punts de vista, i per al segon objectiu, en el concepte d’excess entropy, que és una mesura de la informació, per determinar quin punt de vista aporta més informació a l’usuari

Mòdul de visualització 3D d’ ajuda al diagnòstic de les neoplàsies rectals

El diagnòstic mitjançant la imatge mèdica s’ha convertit en una eina fonamental en la pràctica clínica, permet entre altres coses, reconstruir a partir d’un conjunt d’imatges 2D, obtingudes a partir d’aparells de captació, qualsevol part de l’organisme d’un pacient i representar-lo en un model 3D. Sobre aquest model 3D poden realitzar-se diferents operacions que faciliten el diagnòstic i la presa de decisions als especialistes. El projecte que es presenta forma part del desenvolupament de la plataforma informàtica de visualització i tractament de dades mèdiques, anomenada Starviewer, que desenvolupen conjuntament el laboratori de Gràfics i Imatge (GiLab) de la Universitat de Girona i l’ Institut de Diagnòstic per la Imatge (IDI) de l’Hospital Josep Trueta de Girona. En particular, en aquest projecte es centra en el diagnòstic del càncer colorectal i el desenvolupament de mètodes i tècniques de suport al seu diagnòstic. Els dos punts claus en el tractament d’aqueta patologia són: la detecció de les lesions I l’estudi de l’evolució d’aquestes lesions, una vegada s’ha iniciat el tractament tumoral. L’objectiu principal d’aquest projecte és implementar i integrar en la plataforma Starviewer les tècniques de visualització i processament de dades necessàries per donar suport als especialistes en el diagnòstic de les lesions del colon. Donada la dificultat en el processament de les dades reals del budell ens proposem: dissenyar i implementar un sistema per crear models sintètics del budell; estudiar, implementar i avaluar les tècniques de processament d’imatge que calen per segmentar lesions de budell; dissenyar i implementar un sistema d’exploració del budell iintegrar de tots els mòduls implementats en la plataforma starviewer

Visualització de models fusionats

L’objectiu principal d’aquest projecte era implementar la visualització 3D de models fusionats i aplicar totes les tècniques possibles per realitzar aquesta fusió. Aquestes tècniques s’integraran en la plataforma de visualització i processament de dades mèdiques STARVIEWER. Per assolir l’ objectiu principal s’ han definit els següents objectius específics:1- estudiar els algoritmes de visualització de models simples i analitzar els diferents paràmetres a tenir en compte. 2- ampliació de la tècnica de visualització bàsica seleccionada per tal de suportar els models fusionats. 3- avaluar i compar tots els mètodes implementats per poder determinar quin ofereix les millors visualitzacions

Medical image registration based on random line sampling

One of the key aspects in 3D-image registration is the computation of the joint intensity histogram. We propose a new approach to compute this histogram using uniformly distributed random lines to sample stochastically the overlapping volume between two 3D-images. The intensity values are captured from the lines at evenly spaced positions, taking an initial random offset different for each line. This method provides us with an accurate, robust and fast mutual information-based registration. The interpolation effects are drastically reduced, due to the stochastic nature of the line generation, and the alignment process is also accelerated. The results obtained show a better performance of the introduced method than the classic computation of the joint histogram

Three-dimensional magnetic resonance myocardial motion tracking from a single image plane.

Three-dimensional imaging for the quantification of myocardial motion is a key step in the evaluation of cardiac disease. A tagged magnetic resonance imaging method that automatically tracks myocardial displacement in three dimensions is presented. Unlike other techniques, this method tracks both in-plane and through-plane motion from a single image plane without affecting the duration of image acquisition. A small z-encoding gradient is subsequently added to the refocusing lobe of the slice-selection gradient pulse in a slice following CSPAMM acquisition. An opposite polarity z-encoding gradient is added to the orthogonal tag direction. The additional z-gradients encode the instantaneous through plane position of the slice. The vertical and horizontal tags are used to resolve in-plane motion, while the added z-gradients is used to resolve through-plane motion. Postprocessing automatically decodes the acquired data and tracks the three-dimensional displacement of every material point within the image plane for each cine frame. Experiments include both a phantom and in vivo human validation. These studies demonstrate that the simultaneous extraction of both in-plane and through-plane displacements and pathlines from tagged images is achievable. This capability should open up new avenues for the automatic quantification of cardiac motion and strain for scientific and clinical purposes.