Maestría en Ingeniería - Énfasis en Ingeniería Eléctrónica
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Publicación Acceso abierto Modelo de decisión para la asistencia en el proceso de alineación de un sistema de sonido(Universidad del Valle, 2012) Diaz Velasquez, Maria Fernanda; Caicedo Bravo, Eduardo Francisco; Loaiza-Correa, HumbertoEn este documento se describe la implementación de una herramienta software para el análisis y alineación de sistemas sonoros. Esta herramienta usa un módulo de decisión con una técnica de inteligencia computacional para sugerir los ajustes en el procesador de audio a través del análisis de respuesta en frecuencia del sistema, la cual es afectada por la acústica del local.Publicación Acceso abierto Clasificación de normalidad en tejido de mamas a partir de imágenes digitales de rayos x(Universidad del Valle, 2022) Velasco Giraldo, Diego Fernando; TOBAR BLANDON, MARIA FERNANDA; Loaiza-Correa, HumbertoSe utilizaron técnicas de procesamiento de imágenes y reconocimiento de patrones. Específicamente, se implementaron dos métodos distintos para la segmentación de la mama, una que se basa en operaciones morfológicas, entropía, etc., y otra en la arquitectura de red neuronal convolucional U-Net. Para la clasificación y detección de anormalidades, se aplicaron técnicas basadas en máquinas de aprendizaje profundas (arquitecturas de redes neuronales convolucionales DenseNet121 + U-Net) y en máquinas de aprendizaje superficiales (perceptrón multicapa MLP y máquina de soporte vectorial SVM). Las entradas de estas dos últimas, son características estadísticas extraídas del histograma de las imágenes, junto con descriptores de textura a partir de la matriz de co-ocurrencia en niveles de gris, de las imágenes originales y de los patrones binarios locales de las imágenes (LBP). Se obtuvieron resultados sobresalientes. En las dos técnicas de segmentación de la mama desarrolladas se obtuvo un índice de similitud de Jaccard de 0,72 con el primer método y de 0,95 con el segundo, respecto a los ground truth. La clasificación de mamografías como normales o anormales con la arquitectura de red profunda DenseNet121 presentó una exactitud del 94% para el conjunto de test y, la detección de anormalidades con la arquitectura U-Net en mamografías de test clasificadas como anormales por DenseNet121, presentó un promedio de intersección con los ground truth de 0,94. Con las máquinas de aprendizaje superficiales, se clasificaron regiones normales y anormales de las imágenes para detectarlas posteriormente con un algoritmo de ventana deslizante. La clasificación de estas regiones tuvo una exactitud de 96,2% con el perceptrón multicapa (MLP) y de 97,1% con la máquina de soporte vectorial (SVM). Con estas dos máquinas de aprendizaje, la ventana deslizante detectó algunas anormalidades en las imágenes, pero se puede mejorar con técnicas complementarias en trabajos futuros. Se espera que este sistema contribuya a la elaboración de herramientas de soporte para los médicos radiólogos y, por ende, reduzca el margen de error en el diagnóstico de mamografías.Publicación Acceso abierto Detección automática de microcalcificaciones en mamografías digitales(Universidad del Valle, 2022) Palta, Felipe; Loaiza-Correa, Humberto; Nope Rodríguez, Sandra EsperanzaEn este documento se presenta el desarrollo de un sistema de visión artificial para la detección automática de microcalcificaciones en mamografías digitales utilizando máquinas de aprendizaje superficial. Se plantea y ejecuta una metodología partiendo de las etapas básicas de la construcción de un sistema de visión tradicional, empezando por la selección de la base datos MIAS. Luego, se emplea una etapa de preprocesamiento y segmentación del área de interés para así extraer, a partir de ventanas previamente recortadas, las características más apropiadas para la discriminación de las clases y seleccionar las mejores para finalmente implementar una serie de clasificadores: RNA, SVM, K-NN y NB basado en un esquemade pruebas, estableciendo un umbral mínimo de 95 % de exactitud para las primeras tres y un mínimo de 80 % de exactitud para NB, para así seleccionar los mejores modelos de acuerdo a un análisis de varianza ANOVA. Posteriormente, se evalúa el desempeño de esta solución, utilizando métricas apropiadas para datasets desbalanceados como lo son la precisión y la sensibilidad, ponderando esta última con el fin de contrarrestar el efecto del desbalance dentro del ground truth proporcionado por los expertos, obteniendo un 99.8 % de precisión y un 77 % de sensibilidad para una imagen mamográfica completa.Publicación Acceso abierto Detección de minas antipersonal tipo quiebrapatas mediante el análisis de imágenes termográficas aéreas del suelo(Universidad del Valle, 2022) Forero Ramirez, Juan Camilo; Restrepo Girón, Andrés David; Nope Rodríguez, Sandra EsperanzaEn Colombia las minas antipersonal (MAPs) han sido responsables de miles de accidentes atroces sobre la población rural, generando consigo miedo y zozobra constante, lo cual ha conllevado a un constante decrecimiento productivo y cultural sobre estas comunidades afectadas. Dado el proceso de posconflicto en el que se encuentra actualmente el país y la cantidad de MAPs presentes en el territorio, es sumamente necesario realizar la detección y el desarme de dichos artefactos explosivos. Gubernamentalmente, las entidades responsables de realizar el desminado son principalmente las Fuerzas Militares y las Organizaciones Civiles de Desminado Humanitario (OCDH), que emplean regularmente como métodos de detección, los detectores de metales y perros entrenados que, en la práctica, son métodos altamente riesgosos debido a que requieren tener contacto físico cercano con la zona de inspección. Por lo anterior, surge la necesidad de buscar técnicas alternativas de detección de minas que no involucren la interacción física con el terreno a inspeccionar. De este modo, se propuso como alternativa el desarrollo de un sistema de inspección aéreo a través de sensores ópticos IR para detectar a distancia minas antipersonal tipo quiebrapatas, a partir del procesamiento digital de imágenes captadas bajo el principio de la inspección termográfica pasiva del suelo, para tal fin, se usó un Vehículo Aéreo No Tripulado (VANT) equipado con una cámara termográfica y mediante la definición de un protocolo de vuelo y captura se obtuvo una base de datos de imágenes IR, estas se analizaron y procesaron para la configuración e implementación de cinco clasificadores para la demarcación automática de MAPs en imágenes IR, los resultados de detección arrojados son estudiados, concluyendo en alcances y limitaciones del sistema propuesto.Publicación Acceso abierto Estudio comparativo de técnicas de inteligencia computacional para la optimización de potencia eléctrica en una microgrid(Universidad del Valle, 2014) Zuñiga Cortes, Fabian Andrés; Caicedo Bravo, Eduardo Francisco; López Santiago, Dany MauricioEn el presente documento se consigna todo lo concerniente al desarrollo del trabajo de grado ¿Estudio comparativo del uso de técnicas de inteligencia computacional para la optimización de potencia eléctrica en una microgrid¿, requisito para optar al título de Ingeniero Electrónico de la Universidad del Valle, Cali, Colombia. Se trata de una temática de gran importancia en la actualidad, cuando se están desarrollando procesos que pretenden normalizar la generación distribuida y garantizar la eficiencia energética tanto en la distribución, como en el consumo de la energía eléctrica. El documento está dividido en cinco capítulos, además de las conclusiones y las recomendaciones para trabajos futuros en esta misma área. Como material complementario se ha agregado cuatro apéndices, con los cuales se pretende ampliar algunos de los conceptos utilizados a lo largo del trabajo. En general, la estructura del documento atiende al objetivo fundamental de proponer y comparar dos técnicas de inteligencia computacional, adaptadas al problema de la gestión óptima de potencia eléctrica en microgrids simuladas.Publicación Acceso abierto Sistema de control distribuido para máquinas de rehabilitación de movimiento pasivo continúo de rodilla(Universidad del Valle, 2014) Camacho Sánchez, John Alexander; García Melo, José IsidroDebido a las exigentes condiciones laborales, deportivas, entre otras, son comunes las lesiones de rodilla. Sin embargo, el tratamiento de recuperación se ve afectada por los limitados recursos técnicos disponibles. En este sentido, este trabajo de grado describe el diseño e implementación de un sistema de control distribuido para unidades de movimiento pasivo continuo (UMPC) para aplicación de rodilla. De esta forma, se le permite a un profesional de la salud asistir de forma concurrente a varios pacientes. Específicamente, este proyecto viabiliza dos estrategias de control, uno local y otro distribuido. Donde, el control local permite operar la UMPC (unidad de movimiento pasivo continuo) de acuerdo a un protocolo de rehabilitación definido por los parámetros de ángulo de flexión/extensión, velocidad de movimiento de la articulación y tiempo de terapia. Donde, un profesional de la salud, por medio de una unidad de mando manual, los configura. Complementariamente, el control distribuido permite gestionar varias UMPCs de forma concurrente. Donde, los parámetros de configuración de los protocolos de rehabilitación para cada unidad son definidos por un profesional de la salud e ingresados mediante una interfaz gráfica localizada en un sistema computacional. De esta forma, este abordaje permite al profesional supervisar y monitorear el desarrollo de la sesión de terapia de cada uno de los pacientes que están siendo tratados concurrentementePublicación Acceso abierto Aplicación móvil para la consulta y visualización de imágenes usando el protocolo de comunicaciones dicom(Universidad del Valle, 2014) Montenegro Álvarez, Jhon Freddy; Guerrero Moreno, Fabio GermánEl acceso a la salud constituye uno de los factores fundamentales para garantizar condiciones de vida adecuadas a la población de cualquier país y en tal sentido el ofrecer servicios de salud con cobertura y calidad adecuados constituye una de las principales responsabilidades de los estados y de las sociedades hacia sus ciudadanos. El cumplimiento de lo anterior atraviesa grandes dificultades, por la gran demanda de atención, que en muchos casos no alcanza a ser cubierta por el personal de salud; las distancias que deben recorrer los pacientes para acceder a los centros donde se localiza el personal médico con el conocimiento y tecnología necesarios para atenderlos, e incluso pacientes con discapacidades o personas de la tercera edad. El modelo de prestación de salud que hoy en día se tiene es el del personal médico concentrado en centros hospitalarios, donde cuentan con tecnologías avanzadas para diagnóstico y tratamiento de enfermedades, y con infraestructura de habitaciones y camas que hospedan a los pacientes que requieren un tratamiento con supervisión continua. Sin embargo, el avance de las TIC está planteando un modelo alternativo, donde es la información, y no el paciente, la que se desplaza de un lugar a otro. Este concepto, que consiste en la prestación de servicios de salud a distancia, recibe el nombre de telemedicina, y permite, entre otras cosas, establecer canales de comunicación entre médico y paciente, entre médicos ubicados en lugares distintos, y que entre ellos puedan compartir información e imágenes de diagnóstico, que permitan hacer una evaluación, sin necesidad del contacto físico. De este modo y apoyado en dispositivos informáticos y de telecomunicaciones, el médico puede hacer diagnósticos, administrar tratamientos y hacer seguimiento a los mismos, sin que el paciente tenga que estar presente.Publicación Acceso abierto Simulación y evaluación del desempeño de dos variantes de TCP-Por defecto y TCP-Linux en NS-2(Universidad del Valle, 2014) Ramírez Aragón, Luz Karime; Polanco Sarmiento, OscarActualmente, en los procesos de investigación, enseñanza y aprendizaje en el campo de las comunicaciones, el uso de las herramientas de simulación son de gran importancia, debido a que representan una opción económica para experimentar y evaluar el desempeño de una red, sin necesidad de contar con una infraestructura para su implementación. Facilitando el estudio de las redes de comunicación mediante el desarrollo, diseño y análisis de redes. Este documento presenta un escenario en el que se modela una topología de red de datos con tráfico TCP, sometida a condiciones de congestión mediante un modelo de error en el enlace cuello de botella, para lo cual se usa el lenguaje de programación OTcl (versión orientada a objetos de Tcl (Tool Command Language)) que posteriormente es simulado en el software de simulación Network Simulator 2 (NS-2). En la topología de red se incorporan las variantes Reno y New Reno del protocolo TCP (Transmission Control Protocol) de dos formas diferentes: 1. Usando la implementación TCP propia del simulador NS-2, que denominaremos variante TCP por defecto en NS-2. 2. Usando la implementación del módulo TCP-Linux incorporada en NS-2, que denominaremos variante TCP-Linux. Finalmente se evalúa el desempeño de la red para cada variante (Reno y New Reno) en sus dos implementaciones (TCP por defecto y TCP-Linux en NS-2) mediante la observación y el análisis de dos métricas: Ventana de Congestión (cwnd) y Rendimiento (Throughput).Publicación Acceso abierto Determinación del camino óptimo de migración hacia una AON de un operador de telecomunicaciones en Colombia(Universidad del Valle, 2016) Cortés Carvajal, Javier; Guerrero Moreno, Fabio GermánEl sector de las Telecomunicaciones como elemento transversal en el desarrollo de la sociedad moderna está en su fase dorada gracias a fenómenos como la globalización, la automatización y las fuerzas del mercado que han establecido un ritmo en el crecimiento de tráfico en las redes de acceso y la disminución de precio del ancho de banda; escenario que ha obligado a los operadores a fortalecer las redes de transmisión con modelos de migración y arquitecturas de altas prestaciones que mejoren la relación costo ¿ beneficio y les permita prestar ¿el mejor servicio¿ con grandes utilidades. En Colombia los inicios de estas redes de transmisión datan de la época en que fue autorizada para prestar el primer servicio de telefonía de larga distancia la firma belga ¿Mourlon and Co¿, desde entonces, las tecnologías FDM1, TDM2/PDH3 fundamentaron el crecimiento de las actuales redes ópticas WDM4. Sin alejarse de desarrollos globales, los operadores regionales y nacionales han mantenido una dinámica de fortalecimiento periódico de sus redes en sintonía con los rápidos cambios tecnológicos globales (crecimiento de tráfico en las redes de acceso, redes IP móviles 3G y 4G, abaratamiento del ancho de banda, ampliación de canales dedicados a grandes empresas, creación de servicios para las entidades gubernamentales, entre otros).Publicación Acceso abierto Implementación Hardware de un algoritmo Needleman-Wunsch modificado para el alineamiento de secuencias de ADN(Universidad del Valle, 2017) Arias López, Mauricio; Velasco Medina, JaimeEl proceso de alineamiento está basado en algoritmos de programación dinámica o heurísticos cuyo objetivo es el de encontrar áreas iguales y diferentes a lo largo de cadenas de moléculas (ADN, ARN). Según el tipo de comparación, los algoritmos son clasificados en locales y globales. Cada tipo genera distintas variables de costo-beneficio sobre el tiempo de computación y memoria usada; sin embargo, las secuencias poseen una gran cantidad de bases o aminoácidos variables entre sectores, lo cual implica un mayor consumo de tiempo y recursos computacionales. Este trabajo presenta la implementación en hardware de un algoritmo de alineamiento basado en programación dinámica: el algoritmo K-band, el cual es una modificación del algoritmo de alineamiento global propuesto por primera vez en 1970 por Saul Needleman y Christian Wunsch. Dicho algoritmo permite el cálculo de la solución óptima para un proceso de alineamiento según una parametrización dada, reduciendo drásticamente a su vez la cantidad de información a procesar y el almacenamiento necesario. La arquitectura hardware del sistema es basada en un arreglo paralelo y es descrita por medio de lenguaje VHDLPublicación Acceso abierto Diseño de un criptoprocesador RSA de 8192 bits usando un arreglo sistólico(Universidad del Valle, 2012) Renteria Mejia, Claudia Patricia; Velasco Medina, JaimeLa seguridad de la información es un campo de investigación y desarrollo tecnológico orientado principalmente hacia aplicaciones militares y comerciales. Por ejemplo, el intercambio de información confidencial a través de Internet, tales como las transacciones bancarias y los servicios de telecomunicaciones son de gran impacto a través de una amplia gama de aplicaciones comerciales e industriales. Entonces, con el propósito de proteger los datos confidenciales en equipos informáticos y de comunicaciones, se deben usar criptosistemas, los cuales se pueden implementar en software y/o hardware. En este contexto, RSA es uno de los criptosistemas de clave pública más utilizados y tiene un buen nivel de seguridad si el tamaño de la clave es mayor o igual a 1024 bits. Sin embargo, RSA de 1024 bits se puede romper con la actual tecnología informática. Por lo tanto, es necesario aumentar el nivel de seguridad de los criptosistemas RSA usando claves de 2048, 4096 ó 8192 bits. Desde el punto de vista matemático, RSA se basa en la exponenciación modular y ésta se lleva a cabo usando la multiplicación modular de Montgomery, la cual determina el desempeño de RSA debido a que esta multiplicación utiliza la adición de tres datos muy grandes. Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores para realizar una implementación en hardware de un criptoprocesador RSA de 8192 bits, es necesario usar el multiplicador de Montgomery basado en un arreglo sistólico usando sumadores "carry-save". Entonces, en este trabajo se presenta el diseño de dos criptoprocesadores RSA de 8192-bits, los cuales son diseñados usando el algoritmo de exponenciación binaria y los algoritmos de Montgomery para base-2 xxi y base-4. En este caso, los multiplicadores diseñados realizan simultáneamente dos multiplicaciones, lo que permite aumentar el "throughput"de los criptoprocesadoresPublicación Acceso abierto Diseño e implementación de un sistema de compresión de imágenes usando dispositivos reprogramables(Universidad del Valle, 2011) Ríos Cotazo, Norma Ximena; Bernal Noreña, AlvaroEn este documento se presenta el diseño e implementación de un sistema de compresión de imágenes, el sistema utiliza un esquema de compresión por transformadas donde se usa la transformada wavelet para llevar la señal a un domino mas adecuado para su compresión, se inicia con un planteamiento teórico acerca de como representar una señal por medio de las funciones wavelet, seguido de una revisión del estado del arte de las bases mas utilizadas para el procesamiento de señales y la selección de la base wavelet que se utiliza en el sistema, posteriormente se realiza una revisión del estado del arte de las arquitecturas propuestas para la implementación de la transformada wavelet y se presenta el diseño e implementación de una arquitectura paralela por nivel, de igual forma se despliega una revisión de algunas de las técnicas de compresión de imágenes más representativas y se propone e implementa una modificación del algoritmo de compresión SPIHT (Set Partitioning in Hierarchical Trees). El sistema se implemento en la FPGA Ciclone II EP2C35F672C6 de Altera utilizando un diseño soportado en el sistema Nios IIPublicación Acceso abierto Design of an image codec based on bandelet transform using NIOS II(Universidad del Valle, 2011) Arteaga, Jaime Andres; Velasco Medina, JaimeThis document presents the design of an image codec for grayscale images based on Bandelet Transform. Bandelet bases are obtained with a set of geometric-flow vectors that indicates the directions in which gray levels have regular variations inside an image region. These regions are associated with high 2D Wavelet coefficients with geometric information redundancy, which could be eliminated in order to reduce the number of non-zero coefficients and to increase the compression rate of the image. The codec was designed in C language using a NIOS II processor inside a SoPC with a touch-panel and a SD-Card. Some of the functions were synthesized in hardware with NIOS II C2H Compiler obtaining an acceleration percentage of 8.8%. Numerical tests show that a Bandelet compression has an improvement of up to 2 dB over a Wavelet compression. Este documento presenta el diseño de un codec de imágenes en escalas de gris basado en la Transformada Bandelet. Las funciones base Bandelet se construyen a partir de vectores de flujo geométrico que indican la dirección en la que una región tiene variaciones regulares de los niveles de gris. Estas regiones están asociadas a coeficientes Wavelet 2D de gran magnitud con redundancia de información geométrica, la cual se puede eliminar para reducir el número de coeficientes diferentes de cero y así aumentar la compresión de la imagen. El codec se diseñó en lenguaje C para un procesador embebido NIOS II dentro de un sistema SoPC con pantalla táctil y SD-Card. Algunas de las funciones fueron sintetizadas en hardware con NIOS II C2H Compiler logrando una aceleración del 8.8%. Las pruebas realizadas muestran que la compresión con funciones Bandelet llega a ser hasta 2 dB superior a la compresión realizada con funciones Wavelet 2DPublicación Acceso abierto Mapeo y localización simultánea de un robot móvil en ambientes estructurados basado en integración sensorial(2015-09-18) Posso Bautista, Breyner; Berrío Pérez, Julie Stephany; Perafan Villota, Juan Carlos; Caicedo Bravo, Eduardo FranciscoLa odometr´ıa que inicialmente provee la localizaci´ on de los robots móviles tiene un alto nivel de incertidumbre, por lo que aumenta el nivel de error, adem´ as, este error es acumulativo y por lo tanto no es lo suficientemente confiable para especificar el estado del robot en el medio. Razón que motiv´ o el planteamiento del principal objetivo de la tesis de investigación, la cual busca proponer y programar una metodolog´ıa que utilice información del medio ambiente (donde se mueve el robot) para restablecer la posici´ on de un robot móvil, realizando una tarea conocida como mapeo y localización simultanea o SLAM (construyendo y/o actualizando un mapa del entorno mientras que el robot se mueve por el mismo).