Range-Gated Laser Stroboscopic Imaging for Night Remote Surveillance

For night remote surveillance, we present a method, the range-gated laser stroboscopic imaging(RGLSI), which uses a new kind of time delay integration mode to integrate target signals so that night remote surveillance can be realized by a low-energy illuminated laser. The time delay integration in this method has no influence on the video frame rate. Compared with the traditional range-gated laser imaging, RGLSI can reduce scintillation and target speckle effects and significantly improve the image signal-to-noise ratio analyzed. Even under low light level and low visibility conditions, the RGLSI system can effectively work. In a preliminary experiment, we have detected and recognized a railway bridge one kilometer away under a visibility of six kilometers, when the effective illuminated energy is 29.5 mu J.

Stress corrosion cracking of AISI 321 stainless steel in acidic chloride solution

The stress corrosion cracking (SCC) of LambdaISI 321 stainless steel in acidic chloride solution was studied by slow strain rate (SSR) technique and fracture mechanics method. The fractured surface was characterized by cleavage fracture. In order to clarify the SCC mechanism, the effects of inhibitor KI on SCC behaviour were also included in this paper. A study showed that the inhibition effects of KI on SCC were mainly attributed to the anodic reaction of the corrosion process. The results of strain distribution in front of the crack tip of the fatigue pre-cracked plate specimens in air, in the blank solution (acidic chloride solution without inhibitor KI) and in the solution added with KI measured by speckle interferometry (SPI) support the unified mechanism of SCC and corrosion fatigue cracking (CFC).

结构光视觉传感器误差分析与结构分析

结构光视觉传感器是视觉焊缝跟踪系统获得焊缝信息的重要组成部分,其测量误差与性能对焊缝跟踪系统的总体测量精度及可靠性有着直接影响。本文对应用于焊缝跟踪的结构光视觉传感器进行误差分析,包括传感器硬件系统结构误差、激光散斑噪声误差及镜头畸变误差等,并对不同结构方式下的视觉传感器建立了数学模型,具体分析了结构参数对其误差的影响,提出结构光视觉焊缝跟踪传感器优化设计方法,并依据仿真结果给出结构优化设计参数,最后通过实验验证了该优化设计方法的正确性。

Limits of ventricular function: from athlete's heart to a failing heart

The interest in the study of ventricular function has grown considerably in the last decades. In this review, we analyse the extreme values of ventricular function as obtained with Doppler echocardiography. We mainly focus on the parameters that have been used throughout the history of Doppler echocardiography to assess left ventricular (LV) systolic and diastolic function. The ‘athlete's heart’ would be the highest expression of ventricular function whereas its lowest expression is represented by the failing heart, independently from the original aetiology leading to this condition. There are, however, morphological similarities (dilation and hypertrophy) between the athlete's and the failing heart, which emerge as physiological and pathophysiological adaptations, respectively. The introduction of new assessment techniques, specifically speckle tracking, may provide new insight into the properties that determine ventricular filling, specifically left ventricular twisting. The concept of ventricular function must be always considered, although it may not be always possible to distinguish the normal heart of sedentary individuals from that of highly trained hearts based solely on echocardiographic or basic studies.

Compressive holography of diffuse objects.

We propose an estimation-theoretic approach to the inference of an incoherent 3D scattering density from 2D scattered speckle field measurements. The object density is derived from the covariance of the speckle field. The inference is performed by a constrained optimization technique inspired by compressive sensing theory. Experimental results demonstrate and verify the performance of our estimates.

A study of secondary instabilities in postbuckling composite aerostructures

A number of experimental studies have shown that postbuckling stiffened composite panels, loaded in uniaxial compression, may undergo secondary instabilities, characterised by an abrupt change in the buckled mode-shape of the skin between the supporting stiffeners. In this study high-speed digital speckle photogrammetry is used to gain further insight into an I-stiffened panel's response during this transient phase. This energy-dissipating phenomenon will be shown to be able to cause catastrophic structural failure in vulnerable structures. It is therefore imperative that an accurate and reliable methodology is available to predict this phenomenon. The shortcomings of current non-linear implicit solution schemes, found in most commercially-available finite element codes, are discussed. A robust and efficient strategy, which utilises an automated quasi-, static/pseudo-transient hybrid scheme, is presented in this paper and validated using a number of experimental tests. This approach is shown to be able to predict mode-jumping with good accuracy.

Intralaminar toughness characterisation of unbalanced hybrid plain weave laminates

A numerical and experimental investigation on the mode-I intralaminar toughness of a hybrid plain weave composite laminate manufactured using resin infusion under flexible tooling (RIFT) process is presented in this paper. The pre-cracked geometries consisted of overheight compact tension (OCT), double edge notch (DEN) and centrally cracked four-point-bending (4PBT) test specimens. The position as well as the strain field ahead of the crack tip during the loading stage was determined using a digital speckle photogrammetry system. The limitation on the applicability of the standard data reduction schemes for the determination of intralaminar toughness of composite materials is presented and discussed. A methodology based on the numerical evaluation of the strain energy release rate using the J-integral method is proposed to derive new geometric correction functions for the determination of the stress intensity factor for composites. The method accounts for material anisotropy and finite specimen dimension effects regardless of the geometry. The approach has been validated for alternative non-standard specimen geometries. A comparison between different methods currently available for computing the intralaminar fracture toughness in composite laminates is presented and a good agreement between numerical and experimental results using the proposed methodology was obtained. 

Xenopus cytoplasmic linker-associated protein 1 (XCLASP1) promotes axon elongation and advance of pioneer microtubules

Dynamic microtubules (MTs) are required for neuronal guidance, in which axons extend directionally toward their target tissues. We found that depletion of the MT-binding protein Xenopus cytoplasmic linker-associated protein 1 (XCLASP1) or treatment with the MT drug Taxol reduced axon outgrowth in spinal cord neurons. To quantify the dynamic distribution of MTs in axons, we developed an automated algorithm to detect and track MT plus ends that have been fluorescently labeled by end-binding protein 3 (EB3). XCLASP1 depletion reduced MT advance rates in neuronal growth cones, very much like treatment with Taxol, demonstrating a potential link between MT dynamics in the growth cone and axon extension. Automatic tracking of EB3 comets in different compartments revealed that MTs increasingly slowed as they passed from the axon shaft into the growth cone and filopodia. We used speckle microscopy to demonstrate that MTs experience retrograde flow at the leading edge. Microtubule advance in growth cone and filopodia was strongly reduced in XCLASP1-depleted axons as compared with control axons, but actin retrograde flow remained unchanged. Instead, we found that XCLASP1-depleted growth cones lacked lamellipodial actin organization characteristic of protrusion. Lamellipodial architecture depended on XCLASP1 and its capacity to associate with MTs, highlighting the importance of XCLASP1 in actin-microtubule interactions.

Rapid Oscillations in the Solar Atmosphere: Spectra and Physical Effects

High-frequency fluctuations are observed with the Rapid Oscillations in the Solar Atmosphere (ROSA) instrument (Jess et al. 2010, Solar Phys, 261, 363) at the Dunn Solar Telescope. This can produce simultaneous observations in up to six channels, at different heights in the photosphere and chromosphere, at an unprecedentedly high cadence of 0.5 seconds, and at a spatial resolution of 100 km after photometrically correct speckle reconstruction. Here we concentrate on observations at two levels. The first is in the G-band of the CH radical at 4305.5Å, bandpass 9.2Å, with height of formation z <250 km at a cadence of 0.525 sec corresponding to Nyquist frequency 950 mHz. The second is in the Ca II K-line core at 3933.7Å, bandpass 1.0Å, with height of formation z <1300 km, and cadence 4.2 sec giving Nyquist frequency 120 mHz. The data span 53 min, and the maximum field of view is 45 Mm. The data were taken on 28 May 2009 in internetwork and network near disk center. Using both Fourier and Morlet wavelet methods we find evidence in the G-band spectra for intensity fluctuations above noise out to frequencies f >> 100 mHz. The K-line signal is noisier and is seen only for f <50 mHz. With wavelet techniques we find that G-band spectral power with 20 <f <100 mHz is clearly concentrated in the intergranular lanes and especially at the locations of magnetic elements indicated by G-band bright points. This wavelet power is highly intermittent in time. By cross-correlating the data we find that pulses of high-frequency G-band power in the photosphere tend to be followed by increases in K-line emission in the chromosphere with a time lag of about 2 min.

Measurement of fibre fracture toughness using an alternative specimen geometry

This paper presents an experimental and numerical study focused on the tensile fibre fracture toughness characterisation of hybrid plain weave composite laminates using non-standardized Overheight Compact Tension (OCT) specimens. The position as well as the strain field ahead of the crack tip in the specimens was determined using a digital speckle photogrammetry system. The limitation on the applicability of standard data reduction schemes for the determination of the intralaminar fibre fracture toughness of composites is presented and discussed. A methodology based on the numerical evaluation of the strain energy release rate using the J-integral method is proposed to derive new geometric correction functions for the determination of stress intensity factor for alternative composite specimen geometries. A comparison between different methods currently available to compute the intralaminar fracture toughness in composites is also presented and discussed. Good agreement between numerical and experimental results using the proposed methodology was obtained.

Deteção automática de eventos em sinais Doppler de fluxo sanguíneo

Os sinais de fluxo sanguíneo são sinais aleatórios que, além de variarem de individuo para individuo, variam também consoante o ciclo cardíaco em análise. Sendo o diagnóstico de patologias cardiovasculares fortemente baseado em sinais de ultrassom Doppler representados em forma de espectrograma, e tendo em consideração que o ruído do tipo speckle é parte integrante dos sinais ultrassónicos, torna-se vital a pesquisa de métodos de eliminação desse tipo de ruído e de caracterização precisa dos parâmetros desses sinais biomédicos por forma a melhorar a qualidade do diagnóstico clínico. Com esta tese pretende-se desenvolver uma ferramenta computacional que possibilite a extração automática dos parâmetros pico sistólico, fim de diástole e de outros eventos clinicamente relevantes de sinais Doppler de fluxo sanguíneo, com especial atenção ao sinal proveniente da artéria carótida. Esta investigação vem na continuidade de um projeto realizado anteriormente no Grupo de Processamento de Sinal Biomédico da Universidade do Algarve, no qual foi desenvolvido um sistema de redução de ruído de espectrogramas Doppler. Este sistema de remoção de ruído será aqui aplicado e melhorado. Para a deteção e extração automática de parâmetros clínicos, foi desenvolvido um algoritmo que recebe um sinal de Doppler e que tem como saída o espectrograma livre de ruído e os valores dos parâmetros clínicos calculados. O algoritmo desenvolvido está dividido em três partes principais. A primeira, consiste na transformada do sinal para os domínios tempo-frequência para a criação do espectrograma e na aplicação de uma metodologia de remoção do ruído do tipo speckle do espectrograma. A fase seguinte é a criação de um sinal bidimensional a partir do espectrograma, o qual é criado para possibilitar a sua caraterização. Por último, desenvolveu-se uma fase dedicada à caracterização do sinal, tendo como principais funções a deteção dos eventos clínicos de pico sistólico, fim de diástole, índice de pulsação, índice de resistência e ratio sístole-diástole. A refinação de atuação de cada uma das três partes mencionadas pode ser ajustada pelo utilizador, tendo para o efeito sido desenvolvido uma interface gráfica na qual a interação do utilizador com o programa global é facilitada. Versatilidade e eficácia do algoritmo desenvolvido foram demonstradas pelos resultados obtidos com três sinais de Doppler de diferentes origens: um de origem clínica, um sinal de fluxo em artéria carótida simulado experimentalmente recorrendo a phantoms, e um sinal de fluxo simulado computacionalmente. Para cada um destes sinais são apresentados os valores das variáveis considerados preferenciais para o ajuste ao respetivo sinal e os respetivos espetros de ruído reduzido. Os resultados da extração automática dos parâmetros clínicos dos três sinais, comprovou a utilidade clínica do algoritmo desenvolvido.

Polarimetry In Radar Backscattering from Soil and Vegetated Surfaces

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2015

Segmentation d’images intravasculaires ultrasonores

L'imagerie intravasculaire ultrasonore (IVUS) est une technologie médicale par cathéter qui produit des images de coupe des vaisseaux sanguins. Elle permet de quantifier et d'étudier la morphologie de plaques d'athérosclérose en plus de visualiser la structure des vaisseaux sanguins (lumière, intima, plaque, média et adventice) en trois dimensions. Depuis quelques années, cette méthode d'imagerie est devenue un outil de choix en recherche aussi bien qu'en clinique pour l'étude de la maladie athérosclérotique. L'imagerie IVUS est par contre affectée par des artéfacts associés aux caractéristiques des capteurs ultrasonores, par la présence de cônes d'ombre causés par les calcifications ou des artères collatérales, par des plaques dont le rendu est hétérogène ou par le chatoiement ultrasonore (speckle) sanguin. L'analyse automatisée de séquences IVUS de grande taille représente donc un défi important. Une méthode de segmentation en trois dimensions (3D) basée sur l'algorithme du fast-marching à interfaces multiples est présentée. La segmentation utilise des attributs des régions et contours des images IVUS. En effet, une nouvelle fonction de vitesse de propagation des interfaces combinant les fonctions de densité de probabilité des tons de gris des composants de la paroi vasculaire et le gradient des intensités est proposée. La segmentation est grandement automatisée puisque la lumière du vaisseau est détectée de façon entièrement automatique. Dans une procédure d'initialisation originale, un minimum d'interactions est nécessaire lorsque les contours initiaux de la paroi externe du vaisseau calculés automatiquement sont proposés à l'utilisateur pour acceptation ou correction sur un nombre limité d'images de coupe longitudinale. La segmentation a été validée à l'aide de séquences IVUS in vivo provenant d'artères fémorales provenant de différents sous-groupes d'acquisitions, c'est-à-dire pré-angioplastie par ballon, post-intervention et à un examen de contrôle 1 an suivant l'intervention. Les résultats ont été comparés avec des contours étalons tracés manuellement par différents experts en analyse d'images IVUS. Les contours de la lumière et de la paroi externe du vaisseau détectés selon la méthode du fast-marching sont en accord avec les tracés manuels des experts puisque les mesures d'aire sont similaires et les différences point-à-point entre les contours sont faibles. De plus, la segmentation par fast-marching 3D s'est effectuée en un temps grandement réduit comparativement à l'analyse manuelle. Il s'agit de la première étude rapportée dans la littérature qui évalue la performance de la segmentation sur différents types d'acquisition IVUS. En conclusion, la segmentation par fast-marching combinant les informations des distributions de tons de gris et du gradient des intensités des images est précise et efficace pour l'analyse de séquences IVUS de grandes tailles. Un outil de segmentation robuste pourrait devenir largement répandu pour la tâche ardue et fastidieuse qu'est l'analyse de ce type d'images.

Imagerie à haut contraste et caractérisation d'exoplanètes par la spectroscopie intégrale de champ

Cette thèse porte sur l’amélioration des techniques d’imagerie à haut-contraste permettant la détection directe de compagnons à de faibles séparations de leur étoile hôte. Plus précisément, elle s’inscrit dans le développement du Gemini Planet Imager (GPI) qui est un instrument de deuxième génération pour les télescopes Gemini. Cette caméra utilisera un spectromètre à champ intégral (SCI) pour caractériser les compagnons détectés et pour réduire le bruit de tavelure limitant leur détection et corrigera la turbulence atmosphérique à un niveau encore jamais atteint en utilisant deux miroirs déformables dans son système d’optique adaptative (OA) : le woofer et le tweeter. Le woofer corrigera les aberrations de basses fréquences spatiales et de grandes amplitudes alors que le tweeter compensera les aberrations de plus hautes fréquences ayant une plus faible amplitude. Dans un premier temps, les performances pouvant être atteintes à l’aide des SCIs présentement en fonction sur les télescopes de 8-10 m sont investiguées en observant le compagnon de l’étoile GQ Lup à l’aide du SCI NIFS et du système OA ALTAIR installés sur le télescope Gemini Nord. La technique de l’imagerie différentielle angulaire (IDA) est utilisée pour atténuer le bruit de tavelure d’un facteur 2 à 6. Les spectres obtenus en bandes JHK ont été utilisés pour contraindre la masse du compagnon par comparaison avec les prédictions des modèles atmosphériques et évolutifs à 8−60 MJup, où MJup représente la masse de Jupiter. Ainsi, il est déterminé qu’il s’agit plus probablement d’une naine brune que d’une planète. Comme les SCIs présentement en fonction sont des caméras polyvalentes pouvant être utilisées pour plusieurs domaines de l’astrophysique, leur conception n’a pas été optimisée pour l’imagerie à haut-contraste. Ainsi, la deuxième étape de cette thèse a consisté à concevoir et tester en laboratoire un prototype de SCI optimisé pour cette tâche. Quatre algorithmes de suppression du bruit de tavelure ont été testés sur les données obtenues : la simple différence, la double différence, la déconvolution spectrale ainsi qu’un nouvel algorithme développé au sein de cette thèse baptisé l’algorithme des spectres jumeaux. Nous trouvons que l’algorithme des spectres jumeaux est le plus performant pour les deux types de compagnons testés : les compagnons méthaniques et non-méthaniques. Le rapport signal-sur-bruit de la détection a été amélioré d’un facteur allant jusqu’à 14 pour un compagnon méthanique et d’un facteur 2 pour un compagnon non-méthanique. Dernièrement, nous nous intéressons à certains problèmes liés à la séparation de la commande entre deux miroirs déformables dans le système OA de GPI. Nous présentons tout d’abord une méthode utilisant des calculs analytiques et des simulations Monte Carlo pour déterminer les paramètres clés du woofer tels que son diamètre, son nombre d’éléments actifs et leur course qui ont ensuite eu des répercussions sur le design général de l’instrument. Ensuite, le système étudié utilisant un reconstructeur de Fourier, nous proposons de séparer la commande entre les deux miroirs dans l’espace de Fourier et de limiter les modes transférés au woofer à ceux qu’il peut précisément reproduire. Dans le contexte de GPI, ceci permet de remplacer deux matrices de 1600×69 éléments nécessaires pour une séparation “classique” de la commande par une seule de 45×69 composantes et ainsi d’utiliser un processeur prêt à être utilisé plutôt qu’une architecture informatique plus complexe.

Détection et caractérisation de naines brunes et exoplanètes avec un filtre accordable pour applications dans l'espace

Cette thèse porte sur la capacité à détecter des compagnons de faible intensité en présence de bruit de tavelures dans le contexte de l’imagerie à haute gamme dynamique pour l’astronomie spatiale. On s’intéressera plus particulièrement à l’imagerie spectrale différentielle (ISD) obtenue en utilisant un étalon Fabry-Pérot comme filtre accordable. Les performances d’un tel filtre accordable sont présentées dans le cadre du Tunable Filter Imager (TFI), instrument conçu pour le télescope spatial James Webb (JWST). La capacité de l’étalon à supprimer les tavelures avec ISD est démontrée expérimentalement grâce à un prototype de l’étalon installé sur un banc de laboratoire. Les améliorations de contraste varient en fonction de la séparation, s’étendant d’un facteur 10 pour les séparations supérieures à 11 lambda/D jusqu’à un facteur 60 à 5 lambda/D. Ces résultats sont cohérents avec une étude théorique qui utilise un modèle basé sur la propagation de Fresnel pour montrer que les performances de suppression de tavelures sont limitées par le banc optique et non pas par l’étalon. De plus, il est démontré qu’un filtre accordable est une option séduisante pour l’imagerie à haute gamme dynamique combinée à la technique ISD. Une seconde étude basée sur la propagation de Fresnel de l’instrument TFI et du télescope, a permis de définir les performances de la technique ISD combinée avec un étalon pour l’astronomie spatiale. Les résultats prévoient une amélioration de contraste de l’ordre de 7 jusqu’à 100, selon la configuration de l’instrument. Une comparaison entre ISD et la soustraction par rotation a également été simulée. Enfin, la dernière partie de ce chapitre porte sur les performances de la technique ISD dans le cadre de l’instrument Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), conçu pour remplacer TFI comme module scientifique à bord du Fine Guidance Sensor du JWST. Cent quatre objets localisés vers la région centrale de la nébuleuse d’Orion ont été caractérisés grâce à un spectrographe multi-objet, de basse résolution et multi-bande (0.85-2.4 um). Cette étude a relevé 7 nouvelles naines brunes et 4 nouveaux candidats de masse planétaire. Ces objets sont utiles pour déterminer la fonction de masse initiale sous-stellaire et pour évaluer les modèles atmosphériques et évolutifs futurs des jeunes objets stellaires et sous-stellaires. Combinant les magnitudes en bande H mesurées et les valeurs d’extinction, les objets classifiés sont utilisés pour créer un diagramme de Hertzsprung-Russell de cet amas stellaire. En accord avec des études antérieures, nos résultats montrent qu’il existe une seule époque de formation d’étoiles qui a débuté il y a environ 1 million d’années. La fonction de masse initiale qui en dérive est en accord avec des études antérieures portant sur d’autres amas jeunes et sur le disque galactique.