QUADRANT-SEARCHING: A NEW TECHNIQUE TO REDUCE THE SEARCH SPACE OF THE INVERSE PROBLEM OF EIT USING BEM TO THE DIRECT PROBLEM

The image reconstruction using the EIT (Electrical Impedance Tomography) technique is a nonlinear and ill-posed inverse problem which demands a powerful direct or iterative method. A typical approach for solving the problem is to minimize an error functional using an iterative method. In this case, an initial solution close enough to the global minimum is mandatory to ensure the convergence to the correct minimum in an appropriate time interval. The aim of this paper is to present a new, simple and low cost technique (quadrant-searching) to reduce the search space and consequently to obtain an initial solution of the inverse problem of EIT. This technique calculates the error functional for four different contrast distributions placing a large prospective inclusion in the four quadrants of the domain. Comparing the four values of the error functional it is possible to get conclusions about the internal electric contrast. For this purpose, initially we performed tests to assess the accuracy of the BEM (Boundary Element Method) when applied to the direct problem of the EIT and to verify the behavior of error functional surface in the search space. Finally, numerical tests have been performed to verify the new technique.

Uniqueness results for direct and inverse scattering by infinite surfaces in a lossy medium

We consider the Dirichlet boundary-value problem for the Helmholtz equation, Au + x2u = 0, with Imx > 0. in an hrbitrary bounded or unbounded open set C c W. Assuming continuity of the solution up to the boundary and a bound on growth a infinity, that lu(x)l < Cexp (Slxl), for some C > 0 and S~< Imx, we prove that the homogeneous problem has only the trivial salution. With this resnlt we prove uniqueness results for direct and inverse problems of scattering by a bounded or infinite obstacle.

Direct and inverse transient eddy current problems

Die vorliegende Arbeit behandelt Vorwärts- sowie Rückwärtstheorie transienter Wirbelstromprobleme. Transiente Anregungsströme induzieren elektromagnetische Felder, welche sogenannte Wirbelströme in leitfähigen Objekten erzeugen. Im Falle von sich langsam ändernden Feldern kann diese Wechselwirkung durch die Wirbelstromgleichung, einer Approximation an die Maxwell-Gleichungen, beschrieben werden. Diese ist eine lineare partielle Differentialgleichung mit nicht-glatten Koeffizientenfunktionen von gemischt parabolisch-elliptischem Typ. Das Vorwärtsproblem besteht darin, zu gegebener Anregung sowie den umgebungsbeschreibenden Koeffizientenfunktionen das elektrische Feld als distributionelle Lösung der Gleichung zu bestimmen. Umgekehrt können die Felder mit Messspulen gemessen werden. Das Ziel des Rückwärtsproblems ist es, aus diesen Messungen Informationen über leitfähige Objekte, also über die Koeffizientenfunktion, die diese beschreibt, zu gewinnen. In dieser Arbeit wird eine variationelle Lösungstheorie vorgestellt und die Wohlgestelltheit der Gleichung diskutiert. Darauf aufbauend wird das Verhalten der Lösung für verschwindende Leitfähigkeit studiert und die Linearisierbarkeit der Gleichung ohne leitfähiges Objekt in Richtung des Auftauchens eines leitfähigen Objektes gezeigt. Zur Regularisierung der Gleichung werden Modifikationen vorgeschlagen, welche ein voll parabolisches bzw. elliptisches Problem liefern. Diese werden verifiziert, indem die Konvergenz der Lösungen gezeigt wird. Zuletzt wird gezeigt, dass unter der Annahme von sonst homogenen Umgebungsparametern leitfähige Objekte eindeutig durch die Messungen lokalisiert werden können. Hierzu werden die Linear Sampling Methode sowie die Faktorisierungsmethode angewendet.

Conventional and Reciprocal Approaches to the Forward and Inverse Problems of Electroencephalography

Le problème inverse en électroencéphalographie (EEG) est la localisation de sources de courant dans le cerveau utilisant les potentiels de surface sur le cuir chevelu générés par ces sources. Une solution inverse implique typiquement de multiples calculs de potentiels de surface sur le cuir chevelu, soit le problème direct en EEG. Pour résoudre le problème direct, des modèles sont requis à la fois pour la configuration de source sous-jacente, soit le modèle de source, et pour les tissues environnants, soit le modèle de la tête. Cette thèse traite deux approches bien distinctes pour la résolution du problème direct et inverse en EEG en utilisant la méthode des éléments de frontières (BEM): l’approche conventionnelle et l’approche réciproque. L’approche conventionnelle pour le problème direct comporte le calcul des potentiels de surface en partant de sources de courant dipolaires. D’un autre côté, l’approche réciproque détermine d’abord le champ électrique aux sites des sources dipolaires quand les électrodes de surfaces sont utilisées pour injecter et retirer un courant unitaire. Le produit scalaire de ce champ électrique avec les sources dipolaires donne ensuite les potentiels de surface. L’approche réciproque promet un nombre d’avantages par rapport à l’approche conventionnelle dont la possibilité d’augmenter la précision des potentiels de surface et de réduire les exigences informatiques pour les solutions inverses. Dans cette thèse, les équations BEM pour les approches conventionnelle et réciproque sont développées en utilisant une formulation courante, la méthode des résidus pondérés. La réalisation numérique des deux approches pour le problème direct est décrite pour un seul modèle de source dipolaire. Un modèle de tête de trois sphères concentriques pour lequel des solutions analytiques sont disponibles est utilisé. Les potentiels de surfaces sont calculés aux centroïdes ou aux sommets des éléments de discrétisation BEM utilisés. La performance des approches conventionnelle et réciproque pour le problème direct est évaluée pour des dipôles radiaux et tangentiels d’excentricité variable et deux valeurs très différentes pour la conductivité du crâne. On détermine ensuite si les avantages potentiels de l’approche réciproquesuggérés par les simulations du problème direct peuvent êtres exploités pour donner des solutions inverses plus précises. Des solutions inverses à un seul dipôle sont obtenues en utilisant la minimisation par méthode du simplexe pour à la fois l’approche conventionnelle et réciproque, chacun avec des versions aux centroïdes et aux sommets. Encore une fois, les simulations numériques sont effectuées sur un modèle à trois sphères concentriques pour des dipôles radiaux et tangentiels d’excentricité variable. La précision des solutions inverses des deux approches est comparée pour les deux conductivités différentes du crâne, et leurs sensibilités relatives aux erreurs de conductivité du crâne et au bruit sont évaluées. Tandis que l’approche conventionnelle aux sommets donne les solutions directes les plus précises pour une conductivité du crâne supposément plus réaliste, les deux approches, conventionnelle et réciproque, produisent de grandes erreurs dans les potentiels du cuir chevelu pour des dipôles très excentriques. Les approches réciproques produisent le moins de variations en précision des solutions directes pour différentes valeurs de conductivité du crâne. En termes de solutions inverses pour un seul dipôle, les approches conventionnelle et réciproque sont de précision semblable. Les erreurs de localisation sont petites, même pour des dipôles très excentriques qui produisent des grandes erreurs dans les potentiels du cuir chevelu, à cause de la nature non linéaire des solutions inverses pour un dipôle. Les deux approches se sont démontrées également robustes aux erreurs de conductivité du crâne quand du bruit est présent. Finalement, un modèle plus réaliste de la tête est obtenu en utilisant des images par resonace magnétique (IRM) à partir desquelles les surfaces du cuir chevelu, du crâne et du cerveau/liquide céphalorachidien (LCR) sont extraites. Les deux approches sont validées sur ce type de modèle en utilisant des véritables potentiels évoqués somatosensoriels enregistrés à la suite de stimulation du nerf médian chez des sujets sains. La précision des solutions inverses pour les approches conventionnelle et réciproque et leurs variantes, en les comparant à des sites anatomiques connus sur IRM, est encore une fois évaluée pour les deux conductivités différentes du crâne. Leurs avantages et inconvénients incluant leurs exigences informatiques sont également évalués. Encore une fois, les approches conventionnelle et réciproque produisent des petites erreurs de position dipolaire. En effet, les erreurs de position pour des solutions inverses à un seul dipôle sont robustes de manière inhérente au manque de précision dans les solutions directes, mais dépendent de l’activité superposée d’autres sources neurales. Contrairement aux attentes, les approches réciproques n’améliorent pas la précision des positions dipolaires comparativement aux approches conventionnelles. Cependant, des exigences informatiques réduites en temps et en espace sont les avantages principaux des approches réciproques. Ce type de localisation est potentiellement utile dans la planification d’interventions neurochirurgicales, par exemple, chez des patients souffrant d’épilepsie focale réfractaire qui ont souvent déjà fait un EEG et IRM.

A Flexible Architecture for the Computation of Direct and Inverse Transforms in H.264/AVC Video Codecs

A new high throughput and scalable architecture for unified transform coding in H.264/AVC is proposed in this paper. Such flexible structure is capable of computing all the 4x4 and 2x2 transforms for Ultra High Definition Video (UHDV) applications (4320x7680@ 30fps) in real-time and with low hardware cost. These significantly high performance levels were proven with the implementation of several different configurations of the proposed structure using both FPGA and ASIC 90 nm technologies. In addition, such experimental evaluation also demonstrated the high area efficiency of theproposed architecture, which in terms of Data Throughput per Unit of Area (DTUA) is at least 1.5 times more efficient than its more prominent related designs(1).

Complex-valued b-spline neural networks for modelling and inverse of wiener systems

Communication signal processing applications often involve complex-valued (CV) functional representations for signals and systems. CV artificial neural networks have been studied theoretically and applied widely in nonlinear signal and data processing [1–11]. Note that most artificial neural networks cannot be automatically extended from the real-valued (RV) domain to the CV domain because the resulting model would in general violate Cauchy-Riemann conditions, and this means that the training algorithms become unusable. A number of analytic functions were introduced for the fully CV multilayer perceptrons (MLP) [4]. A fully CV radial basis function (RBF) nework was introduced in [8] for regression and classification applications. Alternatively, the problem can be avoided by using two RV artificial neural networks, one processing the real part and the other processing the imaginary part of the CV signal/system. A even more challenging problem is the inverse of a CV

Topics in geometry, analysis and inverse problems

The thesis consists of three independent parts. Part I: Polynomial amoebas We study the amoeba of a polynomial, as de ned by Gelfand, Kapranov and Zelevinsky. A central role in the treatment is played by a certain convex function which is linear in each complement component of the amoeba, which we call the Ronkin function. This function is used in two di erent ways. First, we use it to construct a polyhedral complex, which we call a spine, approximating the amoeba. Second, the Monge-Ampere measure of the Ronkin function has interesting properties which we explore. This measure can be used to derive an upper bound on the area of an amoeba in two dimensions. We also obtain results on the number of complement components of an amoeba, and consider possible extensions of the theory to varieties of codimension higher than 1. Part II: Differential equations in the complex plane We consider polynomials in one complex variable arising as eigenfunctions of certain differential operators, and obtain results on the distribution of their zeros. We show that in the limit when the degree of the polynomial approaches innity, its zeros are distributed according to a certain probability measure. This measure has its support on the union of nitely many curve segments, and can be characterized by a simple condition on its Cauchy transform. Part III: Radon transforms and tomography This part is concerned with different weighted Radon transforms in two dimensions, in particular the problem of inverting such transforms. We obtain stability results of this inverse problem for rather general classes of weights, including weights of attenuation type with data acquisition limited to a 180 degrees range of angles. We also derive an inversion formula for the exponential Radon transform, with the same restriction on the angle.

Direct and Inverse Results on Row Sequences of Hermite-Pad, Approximants

We give necessary and sufficient conditions for the convergence with geometric rate of the common denominators of simultaneous rational interpolants with a bounded number of poles. The conditions are expressed in terms of intrinsic properties of the system of functions used to build the approximants. Exact rates of convergence for these denominators and the simultaneous rational approximants are provided.

Direct and Inverse Spectral Problems for (2N + 1)-Diagonal, Complex, Symmetric, Non-Hermitian Matrices

2000 Mathematics Subject Classification: 42C05.

The Direct and Inverse Spectral Problems for some Banded Matrices

2000 Mathematics Subject Classification: 15A29.

Determination of hydraulic properties of a tropical soil of Hawaii using column experiments and inverse modeling

A method for determining soil hydraulic properties of a weathered tropical soil (Oxisol) using a medium-sized column with undisturbed soil is presented. The method was used to determine fitting parameters of the water retention curve and hydraulic conductivity functions of a soil column in support of a pesticide leaching study. The soil column was extracted from a continuously-used research plot in Central Oahu (Hawaii, USA) and its internal structure was examined by computed tomography. The experiment was based on tension infiltration into the soil column with free outflow at the lower end. Water flow through the soil core was mathematically modeled using a computer code that numerically solves the one-dimensional Richards equation. Measured soil hydraulic parameters were used for direct simulation, and the retention and soil hydraulic parameters were estimated by inverse modeling. The inverse modeling produced very good agreement between model outputs and measured flux and pressure head data for the relatively homogeneous column. The moisture content at a given pressure from the retention curve measured directly in small soil samples was lower than that obtained through parameter optimization based on experiments using a medium-sized undisturbed soil column.

Digital predistorter design using B-Spline neural network and inverse of De Boor algorithm

This contribution introduces a new digital predistorter to compensate serious distortions caused by memory high power amplifiers (HPAs) which exhibit output saturation characteristics. The proposed design is based on direct learning using a data-driven B-spline Wiener system modeling approach. The nonlinear HPA with memory is first identified based on the B-spline neural network model using the Gauss-Newton algorithm, which incorporates the efficient De Boor algorithm with both B-spline curve and first derivative recursions. The estimated Wiener HPA model is then used to design the Hammerstein predistorter. In particular, the inverse of the amplitude distortion of the HPA's static nonlinearity can be calculated effectively using the Newton-Raphson formula based on the inverse of De Boor algorithm. A major advantage of this approach is that both the Wiener HPA identification and the Hammerstein predistorter inverse can be achieved very efficiently and accurately. Simulation results obtained are presented to demonstrate the effectiveness of this novel digital predistorter design.

Fast And Direct Na And K Determination In Table, Marine, And Low-sodium Salts By X-ray Fluorescence And Chemometrics.

X-ray fluorescence (XRF) is a fast, low-cost, nondestructive, and truly multielement analytical technique. The objectives of this study are to quantify the amount of Na(+) and K(+) in samples of table salt (refined, marine, and light) and to compare three different methodologies of quantification using XRF. A fundamental parameter method revealed difficulties in quantifying accurately lighter elements (Z < 22). A univariate methodology based on peak area calibration is an attractive alternative, even though additional steps of data manipulation might consume some time. Quantifications were performed with good correlations for both Na (r = 0.974) and K (r = 0.992). A partial least-squares (PLS) regression method with five latent variables was very fast. Na(+) quantifications provided calibration errors lower than 16% and a correlation of 0.995. Of great concern was the observation of high Na(+) levels in low-sodium salts. The presented application may be performed in a fast and multielement fashion, in accordance with Green Chemistry specifications.

High p(T) direct photon and pi(0) triggered azimuthal jet correlations and measurement of k(T) for isolated direct photons in p plus p collisions at root s=200 GeV

Correlations of charged hadrons of 1< p(T) < 10 Gev/c with high pT direct photons and pi(0) mesons in the range 5< p(T) < 15 Gev/c are used to study jet fragmentation in the gamma + jet and dijet channels, respectively. The magnitude of the partonic transverse momentum, k(T), is obtained by comparing to a model incorporating a Gaussian kT smearing. The sensitivity of the associated charged hadron spectra to the underlying fragmentation function is tested and the data are compared to calculations using recent global fit results. The shape of the direct photon-associated hadron spectrum as well as its charge asymmetry are found to be consistent with a sample dominated by quark-gluon Compton scattering. No significant evidence of fragmentation photon correlated production is observed within experimental uncertainties.