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Development of an analytical model for a charge-controlled memristor and its applications

Yojanes Andrés Rodríguez Velásquez (2017)

In this work, the development of an analytical model for a memristor is presented. The

model is based on the solution of the differential equation that governs the physical

behaviour of the device. The solution has been obtained by resorting to a homotopy

perturbation method.

The resulting memristance function is controlled by the electric charge, and full

symbolic expressions are obtained in function of the main parameters of the

memristor. The obtained model is characterised both for AC and DC sources. The main

fingerprints of the device in AC regime have been verified, as well as the main

parameters in DC (the switching voltages and saturation time).

In order to show the usefulness of the model, two applications that use memristive

grids as an analog processor, are studied. In a first application, the memristive grid is

used as a filter for image edge detection and smoothing, obtaining a good performance

in comparison with the edge recognition made by humans. In a second application,

the memristive grid is used in the maze solving problem, since the analog processor

implements the shortest path method.

En este trabajo se presenta el desarrollo de un modelo analítico para un memristor,

basado en la solución de la ecuación diferencial que rige el comportamiento físico del

dispositivo. La solución se obtiene utilizando el método de homotopía de perturbación.

La memristancia en este modelo es controlada por la carga eléctrica y se obtienen

expresiones puramente simbólicas en función de los principales parámetros del

memristor. El modelo obtenido es caracterizado tanto para fuentes de AC como DC. Se verifica

que el modelo cumple con las principales características en AC, y adicionalmente se

determinan los principales parámetros DC (los voltajes de conmutación y tiempo de

saturación). Con el fin de mostrar la utilidad del modelo, se estudian dos aplicaciones que utilizan

una red memristiva a modo de procesador analógico. En la primera, la red memristiva

se utiliza como filtro para suavizado y extracción de bordes en imágenes, mostrando un

buen desempeño al ser comparada con los bordes extraídos por seres humanos. En la

segunda aplicación, la red memristiva se utiliza en la solución de laberintos, ya que el

procesador analógico implementa el método de la trayectoria más corta.

Master thesis

Memristor Maze solving Model Image edge detection CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA DISEÑO DE CIRCUITOS

Detección de daño en rodamientos en máquina de inducción mediante MODWT

Victor Manuel Aviña-Corral (2019)

In this work we present the development of a method of detection of damage in bearings by means of MODWT and edge detection in images, which is capable of distinguishing 3 classes of damage different from a healthy bearing, which allows to reach an overall accuracy greater than 90 %, the tests are performed acquiring signals under 14 different operating conditions for each type of damage, the parameters that are changed is the origin of the electrical power supply and the frequency of operation of the machine as well as the load to which the motor is subjected. The signals are acquired through a DAS stage based on conditioning, conversion and an FPGA card that acquires and sends the signals to a PC; This algorithm applies the MODWT to the three current signals of the stator, from which, together with the original signal, the magnitude of current is acquired, which is used to generate a two-dimensional periodic array, the arrangement is smoothed by a Gaussian filtering stage allowing it to observe patterns in the contour lines or edges, these patterns are accounted for by a mask that sweeps and analyzes the image in search of them, the results obtained have a lognormal distribution, which is characteristic according to the condition of the bearing. The overlap region is almost null between the damaged bearing and the healthy bearing for most cases. The studies of the signals are made by means of the signature of current and square current of the motor, in general both methods present similar results. The test signals were analyzed with other methods making a comparison between the results obtained with this method and other methodologies, in general their overall accuracy decreased when considering the 14 modes of operation of the motor, this method was also tested with a database analyzed with another method already published, the accuracy reached values higher than 98% with the same signals.

En este trabajo se presenta el desarrollo de un método de detección de daño en rodamiento mediante la MODWT y detección de bordes en imágenes, que es capaz de distinguir 3 clases de daños distintos de un rodamiento sano, que permite alcanzar una exactitud global mayor al 90 %, las pruebas se realizan adquiriendo señales bajo 14 condiciones distintas de operación para cada tipo de daño, los parámetros que se cambian es el origen de la alimentación eléctrica y la frecuencia de operación de la maquina así como la carga a la que es sometido el motor. Las señales se adquieren mediante una etapa DAS basada en acondicionamiento, conversión y una tarjeta FPGA que adquiere y envía las señales a un PC; en el PC se desarrolla un algoritmo mediante MATLAB para la detección del daño, dicho algoritmo aplica la MODWT a las tres señales de corriente del estator, de las cuales junto con la señal original se adquiere la magnitud de corriente la cual se emplea para generar un arreglo bidimensional periódico, el arreglo se suaviza mediante una etapa de filtrado Gaussiana permitiendo que en él se observen patrones en las líneas de contorno o bordes, estos patrones son contabilizados mediante una mascarilla que barre y analiza la imagen en busca de ellos, los resultados que se obtienen presentan una distribución lognormal, que es característica de acuerdo a la condición del rodamiento. La región de traslape es casi nula entre el rodamiento dañado y el sano para la mayoría de los casos. Los estudios de las señales se realizan mediante la firma de corriente y corriente cuadrada del motor, en general ambos métodos presentan resultados similares. Las señales de prueba fueron analizadas con otros métodos realizando una comparativa entre los resultados obtenidos con este método y otras metodologías, en general disminuyeron su exactitud global al considerar los 14 modos de operación del motor, también se sometió a prueba este método con una base de datos analizada con otro método ya publicado, la exactitud alcanzo valores superiores al 98% con las mismas señales.

Master thesis

Tread Induction machine MODWT Edge detection CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA ELECTRÓNICA

Adelgazamiento y detección de bordes de objetos en imágenes digitales usando conjuntos difusos

ANMI GARCIA ARELLANO (2007)

En el presente trabajo, en primer lugar, se revisan los conceptos básicos del tratamiento

convencional de imágenes y de la morfología matemática para la detección de bordes y

adelgazamientos. Así como también, algunos algoritmos para implementar estas técnicas.

Por otra parte, se presentan los fundamentos teóricos de un tratamiento de imágenes distinto

a los tratamientos convencional y morfológico, el cual se centra en una teoría matemática

alternativa, a saber, la teoría de los conjuntos difusos. Esta área del análisis y tratamiento

de imágenes es conocida como procesamiento de imágenes difuso. Finalmente, se presentan

las técnicas difusas de detección de bordes y adelgazamientos haciendo un análisis de las

ventajas y desventajas que ofrecen los métodos convencionales, los métodos morfológicos

y los resultados basados en la teoría de conjuntos difusos con el propósito de extender las

posibilidades en que el tratamiento de imágenes puede desarrollarse

Master thesis

Fuzzy set theory Edge detection CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA TRATAMIENTO DIGITAL. IMÁGENES

Detección de daño en rodamientos en máquina de inducción mediante MODWT

Victor Manuel Aviña-Corral (2019)

In this work we present the development of a method of detection of damage in bearings by means of MODWT and edge detection in images, which is capable of distinguishing 3 classes of damage different from a healthy bearing, which allows to reach an overall accuracy greater than 90 %, the tests are performed acquiring signals under 14 different operating conditions for each type of damage, the parameters that are changed is the origin of the electrical power supply and the frequency of operation of the machine as well as the load to which the motor is subjected. The signals are acquired through a DAS stage based on conditioning, conversion and an FPGA card that acquires and sends the signals to a PC; This algorithm applies the MODWT to the three current signals of the stator, from which, together with the original signal, the magnitude of current is acquired, which is used to generate a two-dimensional periodic array, the arrangement is smoothed by a Gaussian _ltering stage allowing it to observe patterns in the contour lines or edges, these patterns are accounted for by a mask that sweeps and analyzes the image in search of them, the results obtained have a lognormal distribution, which is characteristic according to the condition of the bearing. The overlap region is almost null between the damaged bearing and the healthy bearing for most cases. The studies of the signals are made by means of the signature of current and square current of the motor, in general both methods present similar results. The test signals were analyzed with other methods making a comparison between the results obtained with this method and other methodologies, in general their overall accuracy decreased when considering the 14 modes of operation of the motor, this method was also tested with a database analyzed with another method already published, the accuracy reached values higher than 98% with the same signals.

En este trabajo se presenta el desarrollo de un método de detección de daño en rodamiento mediante la MODWT y detección de bordes en imágenes, que es capaz de distinguir 3 clases de daños distintos de un rodamiento sano, que permite alcanzar una exactitud global mayor al 90 %, las pruebas se realizan adquiriendo señales bajo 14 condiciones distintas de operación para cada tipo de daño, los parámetros que se cambian es el origen de la alimentación eléctrica y la frecuencia de operación de la maquina así como la carga a la que es sometido el motor. Las señales se adquieren mediante una etapa DAS basada en acondicionamiento, conversión y una tarjeta FPGA que adquiere y envía las señales a un PC; en el PC se desarrolla un algoritmo mediante MATLAB para la detección del daño, dicho algoritmo aplica la MODWT a las tres señales de corriente del estator, de las cuales junto con la señal original se adquiere la magnitud de corriente la cual se emplea para generar un arreglo bidimensional periódico, el arreglo se suaviza mediante una etapa de filtrado Gaussiana permitiendo que en él se observen patrones en las líneas de contorno o bordes, estos patrones son contabilizados mediante una mascarilla que barre y analiza la imagen en busca de ellos, los resultados que se obtienen presentan una distribución lognormal, que es característica de acuerdo a la condición del rodamiento. La región de traslape es casi nula entre el rodamiento dañado y el sano para la mayoría de los casos. Los estudios de las señales se realizan mediante la firma de corriente y corriente cuadrada del motor, en general ambos métodos presentan resultados similares. Las señales de prueba fueron analizadas con otros métodos realizando una comparativa entre los resultados obtenidos con este método y otras metodologías, en general disminuyeron su exactitud global al considerar los 14 modos de operación del motor, también se sometió a prueba este método con una base de datos analizada con otro método ya publicado, la exactitud alcanzo valores superiores al 98% con las mismas señales.

Master thesis

Tread Induction machine MODWT Edge detection CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA ELECTRÓNICA

Análisis morfológico de semillas con redes memristivas

Marco Antonio Zamudio Hernández (2020)

Seed morphology analysis is an essential task for studying and classifying seeds, and for any ulterior phytosanitary application such as weed detection. In this work, the analysis of the morphology of seeds is done by means of a memristive grid which is used as an analog image processor in order to achieve edge detection on images from a seed database. The memristors within the grid are modeled by a memristance expression that is given as a charge-controlled function. Besides, the grid is implemented in a parallelized version with a GPU scheme. The solution of the grid is obtained by a time-domain analysis of the resulting differential equations from the nodal analysis. In a first step, with the aim of highlighting the advantages of such the parallel implementation with respect to its serial counterpart, a set of benchmark images has been treated for edge detection. Not only are the qualitative aspects of the results kept, but also the main quantitative merit figures are almost identical. On the top of this, the parallel memristive grid exhibits a sensible gain in execution times in comparison with the serial grid. The main goal of this work, i.e. the analysis of the morphology of seeds is achieved by resorting to a series of measures on the seed edges. A geometric model of the seed is introduced in the form of an ellipse that is valid for monocots as well as dicots, and its main dimensions are used for establishing a group of merit figures that define the morphology. Finally, several case studies are presented.

El análisis morfológico de semillas es una tarea esencial para el estudio y clasificación de las mismas, así como para aplicaciones fitosanitarias posteriores tales como la detección de malezas. En este trabajo, el análisis de la morfología de las semillas se realiza mediante una red memristiva que es utilizada como procesador analógico para la detección de bordes en imágenes provenientes de una base de datos. Los memristores de la red memristiva son modelados por una expresión de memristancia en función de la carga. Además, la red es implementada en una versión paralela con un esquema GPU. La solución de la red se obtiene mediante un análisis en el dominio del tiempo de las ecuaciones diferenciales resultantes de la formulación nodal. Un primer paso, con el objetivo de señalar las ventajas de la implementación paralela con respecto a su contraparte serial, se ha tratado un conjunto de imágenes para la detección de bordes. Los resultados no solo cumplen con los aspectos cualitativos, sino también con las principales figuras de merito. Además, la red memristiva paralela muestra una sensible ganancia en los tiempos de ejecución en comparación con la red serial. La meta principal de este trabajo, i.e. el análisis de la morfología de semillas se logra recurriendo a una serie de medidas en los bordes del modelo geométrico de la semilla. Para ello se introduce un modelo elíptico, el cual es válido tanto para dicotiledóneas como monocotiledóneas, las principales dimensiones son usadas para establecer un grupo de figuras de mérito que definen la morfología de las semillas. Finalmente, se presentan varios casos de estudio.

Master thesis

Memristor Memristive grids Edge detection Parallel processing Seed morphology CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA ELECTRÓNICA

Análisis digital de microcalcificaciones en mastografías utilizando el estándar médico BIRADS

ELIZABETH LOPEZ MELENDEZ (2016)

En esta tesis se presentan diferentes detectores de bordes en los dominios espacial y

frecuencial. Para segmentar calcificaciones en mastografías digitales, proponemos un filtro

Butterworth pasa-banda en el dominio de Fourier para resaltar los bordes de los objetos y

obtener las formas que les corresponden. El filtro propuesto se compara con dos detectores de

bordes en el dominio espacial, en particular, la diferencia de Gaussianas y el Laplaciano de

una Gaussiana. Se presenta una comparación del comportamiento de estos filtros en ambos

dominios. Una vez resaltados los bordes, se aplica un filtro de mediana para quitar el tejido

fibroglandular, después de lo cual se realiza una correción gamma para aumentar el contraste

de las patologías a segmentar. La binarización se logra empleando el método global de umbralización

de Otsu con la imagen de sus varianzas locales y se compara con el método de

umbralización de Sauvola.

Doctoral thesis

Fourier Segmentation Edge Frecuency Detection INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA MÉDICA

An automatic algorithm for the detection of Trypanosoma cruzi parasites in blood sample images

ROGER DAVID SOBERANIS MUKUL VICTOR EMANUEL DE ATOCHA UC CETINA CARLOS FRANCISCO BRITO LOEZA HUGO ANTONIO RUIZ PIÑA (2013)

Chagas disease is a tropical parasitic disease caused by the flagellate protozoan Trypanosomacruzi (T. cruzi) and currently affecting large portions of the Americas. One of the standard laboratory methods to determine the presence of the parasite is by direct visualization in blood smears stained with some colorant. This method is time-consuming, requires trained microscopists and is prone to human mistakes. In this article we propose a novel algorithm for the automatic detection of T. cruzi parasites, in microscope digital images obtained from peripheral blood smears treated with Wright’s stain. Our algorithm achieved a sensitivity of 0.98 and specificity of 0.85 when evaluated against a dataset of 120 test images. Experimental results show the versatility of the method for parasitemia determination.

Article

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS DE LA VIDA CIENCIAS DE LA VIDA Pattern recognition Image detection systems

Reconocimiento de marca y modelo de vehículos en entornos no controlados

ADAN HERRERA MARTINEZ (2013)

En temas de seguridad y vigilancia es de interés poder reconocer vehículos por marca y modelo, los cuales pueden ser de utilidad en distintas formas según el sitio y su contexto.

La clasificación por marca-modelo, se basa principalmente en la identificación de vehículos utilizando la captura de un área característica del mismo, que permita diferenciarlo de otros; esta área generalmente es: la parte frontal o la parte posterior del vehículo, aunque en ocasiones es una vista lateral.

En trabajos previos se han abordado propuestas utilizando puntos de vista como: parte trasera, contorno, aproximación 3D, parte frontal o de lado.

Este trabajo utiliza la parte frontal del vehículo como referencia/área de interés; para esto, en un ambiente uni-carril y/o multi-carril, donde en una imagen hay la posibilidad de múltiples vehículos, primero se localiza cada vehículo dentro de la toma. De ahí, para cada vehículo, se extrae la parrilla. Finalmente, la parrilla se utiliza como la referencia para encontrar características que clasifiquen a una parrilla con una marca y modelo.

Por la naturaleza del ambiente no controlado, este trabajo se distingue por ser flexible a diferentes: resoluciones de imagen, iluminación, posición del vehículo y ángulo de toma. Los resultados de seis muestras tomados en tres distintos puntos de la zona metropolitana de Puebla, dieron 86% de aciertos de extracción de parrilla y la clasificación de Marca y Modelo de vehículos dio 89%.

Master thesis

Edge detection Image recognition Pattern recognition Feature extraction Computensed pattern recognition CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

AUTOMATED FLOW SYSTEM FOR CADMIUM EXTRACTION IN TOBACCO SAMPLES WITH ICP-MS DETECTION

ROGELIO RODRIGUEZ MAESE (2017)

A miniaturized Lab-on-Valve- Multisyringe Flow injection analysis (LOV-MSFIA) system for cadmium determination by ICP-MS was developed.

Conference poster

Detection CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS OTRAS

Análisis exploratorio de enfermedades Rickettsiales transmitidas por garrapatas en perros de Ciudad Juárez, Chihuahua, México

Exploratory analysis of Rickettsial diseases transmitted by ticks in dogs from Ciudad Juarez, Chihuahua, Mexico

ANGELICA MARIA ESCARCEGA AVILA BRENDA SUSANA LUNA FLORES ANTONIO DE LA MORA COVARRUBIAS FLORINDA JIMENEZ VEGA (2018)

Durante la última década en el norte de México se ha incrementado el interés por el estudio de las enfermedades zoonóticas como son la anaplasmosis y la ehrlichiosis canina, las cuales son transmitidas por garrapatas tanto a perros como a humanos. La investigación tuvo como objetivo evaluar la presencia de Ehrlichia spp. y A. phagocytophilum en perros y garrapatas de Ciudad Juárez, Chihuahua. Utilizando la técnica de Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR, por sus siglas en inglés) se determinó una prevalencia de 40% y 66% para Ehrlichia spp., del 27% y 13% para A. phagocytophilum en muestras sanguínea de perros y en grupos de Rhipicephalus sanguineus respectivamente. En el 23% de los perros y el 11% de los grupos de garrapatas existió coinfección de ambos patógenos. El valor máximo de la tasa de infección fue de 267.10 considerando ambos patógenos. De acuerdo al análisis de secuenciación Rh. sanguineus fue clasificada como de linaje templado. Los resultados permiten suponer que existe una infestación generalizada de Rh. sanguineus en la población de estudio y que los patógenos asociados a la garrapata están circulando con una prevalencia de moderada a alta, poniendo en riesgo potencial a los habitantes de esta ciudad transfronteriza.

During the last decade in northern Mexico, the interest in the study of zoonotic diseases such as anaplasmosis and canine ehrlichiosis, which are transmitted by ticks to both dogs and humans, has increased.The

objective of this research was to evaluate the presence of Ehrlichia spp. and A. phagocytophilum in dogs and ticks from Ciudad Juarez, Chihuahua. The Polymerase Chain Reaction (PCR) technique determined a prevalence of 40% and 66% for Ehrlichia spp. and 27% and 13% for A. phagocytophilum in blood samples taken from dogs and in pools of Rhipicephalus sanguineus respectively. There was co-infection of both pathogens in 23% of the dogs and in 11% of the tick pools. The maximum value of the infection rate was 267.10, considering both pathogens. Rh. sanguineus was classified as a temperate lineage according to the sequencing analysis. The results suggest that there is a widespread infestation of Rh. sanguineus in the dog’s population. The pathogens associated with this tick species are circulating with a prevalence that goes from moderate to high, putting inhabitants of this border city at potential risk.

Article

CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA Ehrlichia spp. Anaplasma phagocytophilum Detección Rh. Sanguineus Detection