La predicció de l'índex UV consisteix a determinar la irradiància biològicament efectiva que incidirà en un temps posterior a partir del coneixement dels factors que hi intervenen: l'ozó, l'angle zenital, l'altitud del lloc, la dispersió atmosfèrica, els núvols i l'albedo. La influència d'aquests factors es posa de manifest en la formulació de les equacions de transferència radiativa que resolen numèricament els models de irradiància espectral. En aquesta tesi s'ha treballat amb 2 models de dispersió simple (SMARTS2 i UVAGOA) que consideren l'atmosfera com una sola capa i 2 models de dispersió múltiple (SBDART i STAR) que tenen en compte la no-homogeneïtat vertical de l'atmosfera i la divideixen en una superposició de capes. S'ha realitzat un estudi comparatiu entre ells i s'ha arribat a la conclusió que els models de dispersió múltiple obtenen un millor acord entre ells amb diferències del 2 al 3% per a angles zenitals menors de 60º. També s'han comparat amb mesures instrumentals i s'han constatat diferències que oscil·len entre el 2 i el 15% en les hores centrals del dia. Les mesures instrumentals utilitzades, tant per a comparar amb les sortides d'aquests models com per a determinar els seus paràmetres d'entrada, han estat: 4 anys d'espectres de irradiància UV (de 285 a 400 nm cada 0,5 nm) d'un espectroradiòmetre Bentham 300, 3 anys de mesures de l'índex UV d'un piranòmetre YES i 3 piranòmetres Solar Light, 4 anys de mesures diàries d'un fotòmetre Microtops i 1 any de mesures d'un fotòmetre CIMEL. Per a la determinació de la columna total d'ozó s'han utilitzat les mesures de l'espectroradiòmetre Bentham i del fotòmetre Microtops i s'han constatat diferències del 9%. AL comparar-los amb mesures de teledetecció (TOMS i GOME) s'arriba a un RMSE del 4% en el cas del Microtops. En quant a la dispersió deguda als aerosols s'han utilitzat com a paràmetres d'entrada els espessors òptics calculats a partir del fotòmetre CIMEL, mentre que la massa d'aigua precipitable, relacionada amb el creixement higroscòpic dels aerosols, s'ha determinat a partir dels fotòmetres CIMEL i Microtops i també a partir del radiosondatge. Les diferències observades estan al voltant del 12-15% entre els fotòmetres i el radiosondatge. Totes aquestes mesures s'han aplicat al model SBDART per a la predicció de l'índex UV a Catalunya durant els anys 2000-2002, utilitzant la hipòtesi de persistència de la columna total d'ozó que en aquest treball s'ha constatat que té un error del 6% a l'estiu per a dies de cel serè. Els resultats s'han validat amb el piranòmetre YES i s'han observat diferències al voltant del 14%. L'any 2003, es va incorporar la predicció d'ozó del Deutscher Wetterdienst a 36 hores i per a dies de cel serè, els resultats milloren sensiblement, passant d'unes diferències del 20% al 16%. / In this thesis it has been used 2 models of simple scattering SMARTS2 and UVAGOA and 2 models of multiple scattering SBDART and STAR. A comparative study among them has been made and it has been reached the conclusion that the models of multiple scattering obtain a better agreement among them with differences from the 2 to 3% for smaller zenithal angles of 60º. It also have been compared with instrumental measures and differences have been found between 2 and 15% in the central hours of the day. In this work it has been used different instrumental measures: 4 years of spectrum of irradiance UV (from 285 to 400 nm each 0.5 nm) of spectroradiometer Bentham 300, 3 years of measures of index UV of a pyranometer YES and 3 pyranometers Solar Light, 4 years of daily measures of a Microtops photometer and 1 year of measures of a photometer CIMEL. The total ozone column has been determined with the measurements of spectroradiometer Bentham and a Microtops photometer and differences of 9% have been found. In comparison with telemetry measurements (TOMS and GOME) a RMSE of 4% is found in the case of the Microtops. For the scattering due to the aerosols, the calculated optical thicknesses from photometer CIMEL have been used as an input parameter, whereas the mass of precipitable water, related to the hygroscopic growth of the aerosols, has been determined from the photometers CIMEL and Microtops and also from the radiosonde. The observed differences are around 12-15% between the photometers and radiosonde. All these measurements have been applied to model SBDART for the prediction of index UV in Catalunya during years 2000-2002, using the hypothesis of persistence of the total ozone column that in this work has been found that has an error of 6% in summer for cloudless sky days. The results have been validated with the pyranometer YES and differences around 14% have been observed. In 2003, the ozone forecasting of the Deutscher Wetterdienst was introduced and for cloudless sky days, the results improve from differences of 20% to 16%.

El glaucoma es una de las principales causas de ceguera parcial o total e irreversible en el mundo. Los avances en su estudio revelan la compleja naturaleza multifactorial de la enfermedad que consiste finalmente en un daño del nervio óptico (neuropatía).El incremento de la presión intraocular (PIO) prolongado en el tiempo es uno de los factores de riesgo más significativo y reconocido para el desarrollo de esta enfermedad. Este incremento puede causar lesiones en el nervio óptico por deformación mecánica y/o cambios fisiopatológicos en una zona de la retina dónde se sitúan las células ganglionares del nervio. La PIO es resultado del balance entre la producción y drenaje del humor acuoso. El humor acuoso es un fluído derivado de plasma sanguíneo, producido en los procesos ciliares, que baña la cámara anterior del ojo para alimentar sus estructuras avasculares y mantener la tensión mecánica adecuada del globo ocular, y es drenado, principalmente, a través de la malla trabecular o trabéculo. Se sabe que el incremento de la contracción de este tejido implica una disminución en la facilidad de drenaje del humor acuoso y un aumento de la PIO. La presencia incrementada de endotelina-1 (ET-1), potente vasoconstrictor, en humor acuoso de pacientes glaucomatosos plantea algunas cuestiones que abordamos en este trabajo de tesis doctoral. Estas sustancias (endotelina-1, bradiquinina) son agonistas de receptores acoplados a proteína Gq que activan la vía de la fosfolipasa C (vía PLC- inositol trifosfato y diacilglicerol) y podrían tener un efecto contráctil, también, sobre la malla trabecular dado que activan la depleción de Ca2+ intracelular. El objetivo principal de este trabajo de tesis doctoral ha sido identificar y caracterizar un tipo de corriente de entrada de calcio extracelular (vía principal de entrada de calcio en células no excitables), llamada corriente 'capacitativa' de Ca2+ o dependiente del vaciado de Ca2+ de los depósitos intracelulares (ICCE o ISOC) y su posible implicación en la función de contracción/relajación de las células trabeculares y en consecuencia del tejido. Identificamos distintos tipos de corrientes capacitativas de Ca2+ en cultivos primarios de células trabeculares en modelo bovino y humano, tras el estímulo con sustancias vasoconstrictoras y tapsigargina. Para la caracterización farmacológica usamos bloqueadores típicos de la ICCE (2-APB, lantánidos, SKF96365) y registramos la evolución de la activación de ICCE mediante registros electrofisiológicos, testeando nuevamente bloqueadores conocidos de este tipo de corrientes. Observamos cómo en algunos casos las corrientes capacitativas son selectivas para el Ca2+ y en otros (vía PLC), en cambio, aparecían formas de corrientes catiónicas no selectivas.Detectamos mediante western blot la presencia de proteínas de canal tipo TRPC (TRPC1 y TRPC4) que forman canales catiónicos en membrana y pueden ser activados vía PLC, posibles mediadores de la ICCE en células trabeculares.La técnica de microscopía de tracción permitió estudiar la evolución de la contracción de la célula por estímulo con sustancias vasoconstrictoras. Obtuvimos medidas cuantitativas y la distribución de fuerzas en la célula durante la contracción. Estos resultados revelaron que la contracción inducida por estas sustancias depende primeramente de la depleción de Ca2+ intracelular y curiosamente, el Ca2+ extracelular regula, disminuyendo, la intensidad de esa contracción. Mostramos en este trabajo, la existencia de la ICCE en células trabeculares y sugerimos el papel de esta vía de entrada de Ca2+ como señal autoreguladora del proceso de contracción celular y su posible efecto en la función evacuadora del tejido. / High concentrations of endothelin-1 (ET-1), one of the most potent vasoconstrictor peptide, has been found in the aqueous humor of glaucomatous eyes. It is said that vasoconstrictor substances as ET-1 or bradykinin could induce contraction of trabecular meshwork tissue (TM) and decreases the aqueous humour outflow facility increasing the intraocular pessure (IOP) and the risk of glaucoma. The aim of this study is the calcium signalling, mainly, the characterization of the calcium influx/entry in these cells, the identification of capacitative calcium entry (ICCE) or, also called, store-operated calcium entry (ISOC) in trabecular cells and their role on cell contraction.We found these currents in cell culture of bovine and human trabecular cells and in a human cell line, too, using fluorescence techniques and electrophysiology recordings. They are stimulated by the intracellular Ca2+ depletion from stores via IP3 (bradykinin, endothelin) and blocking the Ca2+-pump of endoplasmic reticulum (thapsigargin). These currents are blocked or inhibited by certain lanthanids ions, 2-APB or SKF96365. Western blots showed the presence of certain members of the Transient Receptor Potential (TRP) channels subfamily C (TRPC1 and TRPC4). The pharmacology of inhibition of the Ca2+ influx suggests the TRPC channels and store-operated calcium channels as mediators. The measurements of cell traction evolution by traction microscopy maps stimulating with vasoconstrictor substances were useful to determine store-operated Ca2+ entry may not be necessary for cell contraction in TM cells but may contribute to modulate cell contractility and so, the aqueous humour outflow facility.

Este trabajo se inscribe en el ámbito del reconocimiento óptico de objetos o, en un marco más amplio, del procesado óptico de la información. El objetivo es, dado un cierto motivo a detectar, determinar su presencia y posición dentro de una escena compleja que pueda contenerlo. Un procedimiento que resulta sencillo de implementar con montajes ópticos se basa en el cálculo del producto de correlación entre la escena y el motivo (o referencia), operación que da una idea del grado de similitud entre ambas.Existen dos arquitecturas con las que es posible obtener la correlación ópticamente: el correlador de VanderLugt y el correlador de transformadas conjuntas (JTC). La incorporación a estos montajes de los denominados moduladores espaciales de luz, que permiten controlar de manera dinámica y precisa la amplitud y la fase de la luz, acompañada de la disponibilidad de otros dispositivos optoelectrónicos como los detectores de intensidad, permite diseñar correladores versátiles, fiables y operando a velocidades muy altas, que vienen limitadas únicamente por el tiempo de respuesta de los elementos optoelectrónicos. Las aplicaciones de estos dispositivos son múltiples, y se dan principalmente en campos como la robótica o visión artificial, la tecnología industrial en controles de calidad e inspección automática en cadenas de producción, la seguridad, la medicina, el reconocimiento de caracteres y la detección de blancos. En este trabajo se presenta el diseño e implementación de un correlador óptico de transformadas conjuntas que incorpora una pantalla de cristal líquido para modular la luz y una cámara CCD para registrar la intensidad. El objetivo es estudiar y caracterizar los diferentes elementos y material de que se dispone y construir un sistema de reconocimiento de objetos que sea operativo, flexible y fiable. La metodología que resulte de este trabajo debe ser útil para aplicarla en el futuro, en el que la evolución de la tecnología aportará dispositivos de mejores prestaciones y permitirá el diseño de correladores más compactos, veloces y versátiles.El trabajo se divide en dos bloques: el de caracterización de los dispositivos y diseño del correlador y el de aplicaciones, es decir, utilización del sistema para casos prácticos y obtención de resultados experimentales.En lo que se refiere a la caracterización, se desarrolla en primer lugar un modelo teórico que demuestra las propiedades de modulación de los dispositivos de cristal líquido, controlados eléctricamente, como la pantalla de cristal líquido de que se dispone. El modelo se basa en el cálculo de las matrices de Jones del sistema, que describen cómo éste afecta al estado de polarización de la luz. A continuación, se describe el sistema optoelectrónico empleado para introducir las imágenes en dicha LCD, que incluye las especificaciones de la pantalla y su caracterización como modulador de la amplitud y de la fase de la luz. Asimismo, se presenta un nuevo método de medida de dicha fase, basado en el análisis de las franjas de interferencia obtenidas mediante un interferómetro de Mach-Zehnder. Por último, se ajustan las curvas de modulación experimentales con el modelo teórico descrito anteriormente.Una vez caracterizada la pantalla, es posible diseñar y analizar las condiciones óptimas de funcionamiento de un correlador de transformadas conjuntas que opera con un solo brazo difractor, teniendo en cuenta las especificaciones de los diferentes elementos, que incluyen, aparte de la LCD, una cámara CCD para registrar intensidades. Al utilizar el correlador diseñado para aplicaciones prácticas, es necesario que su capacidad de discriminación sea elevada, de manera que los resultados que se obtengan sean fiables. Ello requiere la introducción de efectos no lineales sobre el sistema, que puede realizarse de diversas formas. En este trabajo se estudian y comparan los resultados obtenidos con diferentes técnicas, donde se ve cómo la detección es, en todos los casos, satisfactoria. Aún más, aprovechando la capacidad de modulación de la fase de la LCD, es posible diseñar el denominado JTC sólo de fase, que mejora la eficiencia óptica del sistema.Por último, se adapta el correlador para un caso real en el que las escenas empleadas sufran dos tipos de degradación: un movimiento relativo o un desenfoque. Se analizan los problemas asociados y posibles soluciones. / A joint transform correlator (JTC) for object recognition practical applications is designed and implemented. The correlator gives real-time resu1ts by using a liquid crystal display to modu1ate the light beam in a controlled and accurate way, and a CCD camera that registers the intensity light distributions.The goal is to study and characterise the different e1ements and piece of equipment available, in order to build a flexible and reliable pattern recognition system.The methodology and experience derived from this work will be used in the future, when the technology development will bring better devices and will make possible that faster, more compact and versatile corre1ators are designed, with lots of applications.The characterisation consists mainly on obtaining the liquid crystal display complex modulation curves, which describe how the device modu1ates the amplitude and the phase of light. A new method to measure the phase modulation has been developed and presented.A correlator has been designed and used in pattern recognition applications. Specifically, a non-linear joint transform correlator has been implemented, in order to improve the system performance and discrimination capability. Moreover, the correlator has been adapted to realistic situations in which the scenes used suffered from two kinds of degradation: a relative movement and a blurring.

En aquest treball s'ha desenvolupat un protocol de classificació supervisada (també anomenat reconeixement de patrons: Pattern Recognition) d'imatges segmentades basat en l'extracció de característiques invariants a les transformacions geomètriques no deformatives i la utilització de mètodes multi variants de classificació, optimitzant el temps de càlcul. Per tant, com que les característiques calculades són invariants, s'ha aconseguit classificar les imatges independentment de la mida d'aquestes i posició i l'orientació d'aquestes dintre de l'escena. També s'ha aconseguit una taxa d'encerts de classificació propera al 100 % en els casos pràctics duta a terme.

En aquesta memòria es presenten diversos treballs relacionats amb la utilització dels sensor de flux òptic de baix cost pel desenvolupament de nous sistemes de mesura compactes i de molt baix cost. Les aplicacions plantejades permeten aprofitar tot el potencial industrial d’aquest tipus de sensors. Els sensors de flux òptic tenen la peculiaritat d’incorporar dins d’un únic encapsulat un sistema d’adquisició d’imatges i un processador digital preprogramat per a realitzar el còmput de flux òptic (optical flow) de la imatge. D’aquesta manera, aquest tipus de sensors no requereixen cap sistema processador addicional i, en alguns casos, poden funcionar sense cap altre element addicional de control. Actualment, l’èxit dels sensors de flux òptic ha facilitat la seva producció industrial massiva amb costos de fabricació molt baixos el que ha incentivat el desenvolupament de noves aplicacions en camps tan diversos com la robòtica on el cost és un element fonamental en les aplicacions destinades a un mercat de consum. En aquesta memòria es presenta, per una banda, l’anàlisi de l’estat de l’art dels sensors de flux òptic i les seves aplicacions, i per l’altra, el treball de recerca realitzat sobre l’ús d’aquest sensor per a desenvolupar un codificador rotatiu incremental, un codificador absolut, un sistema de detecció de monedes falses de 2 euros, i per a realitzar el seguiment de la pupil•la de l’ull d’una persona amb discapacitat. Els resultats obtinguts a partir de les proves experimentals realitzades amb els diferents sensors de flux òptics utilitzats als dispositius proposats han permès validar les propostes realitzades i la versatilitat del disseny del sensor. / En esta memoria se presentan diversos trabajos de investigación relacionados con la utilización de sensores de flujo óptico de bajo coste para el desarrollo de nuevos sistemas de medida compactos y de muy bajo coste. Las aplicaciones planteadas permiten aprovechar todo el potencial industrial de este tipo de sensores. Los sensores de flujo óptico tienen la particularidad de incorporar dentro de un único encapsulado un sistema de adquisición de imágenes y un procesador digital preprogramado para realizar el cómputo de flujo óptico (optical flow) de la imagen. De esta manera, este tipo de sensores no requieren ningún sistema procesador adicional y, en algunos casos, pueden funcionar sin ningún otro elemento adicional de control. Actualmente, el éxito comercial de los sensores de flujo óptico ha facilitado su producción industrial masiva con costes de fabricación muy bajos lo que ha incentivado el desarrollo de nuevas aplicaciones en campos tan diversos como la robótica donde el coste es un elemento fundamental en las aplicaciones destinadas a un mercado de consumo. En esta memoria se presenta, por un lado, el análisis del estado del arte de los sensores de flujo óptico y sus aplicaciones, y por el otro, el trabajo de investigación realizado sobre la utilización del sensor para el desarrollo de un codificador rotativo incremental, un codificador absoluto, un sistema de detección de monedas falsas de 2 euros y para realizar el seguimiento de la pupila del ojo de una persona con el fin de desarrollar un dispositivo apuntador que pueda ser de utilidad para una persona con discapacidad. Los resultados obtenidos en las pruebas experimentales realizadas con los diferentes sensores de flujo óptico utilizados en los dispositivos propuestos han permitido validar las propuestas realizadas y la versatilidad del diseño del sensor. / This work presents the research performed with optical flow sensors and the proposal of several new compact and low cost applications developed to take full advantage of the industrial potential of these sensors. Optical flow sensors include into the same chip an image acquisition system and a digital signal processor programmed to compute the optical flow of the image acquired. These sensors do not require additional post-processing and can operate without any other additional external control or processing device. Currently, the commercial success of the optical flow sensors has fostered its massive industrial production and has reduced its final cost. This characteristic, combined with the versatility of the design of the sensor, has also fostered the development of a huge range of new applications in different areas, such as robotics, where the cost is a fundamental factor that prone the development and commercialization of new consumer applications. This works presents, in one hand, a review of the state of the art of the research and development related with optical flow sensors and, in the other hand, a set of new applications proposed to take full advantage of the characteristics of the sensor. The new applications proposed are: a relative encoder, an absolute encoder, a counterfeit system for the 2€ case, and an accessibility device that tracks the pupil of the user to control pointer displacement in a computer screen. This device has been designed specifically to help people with mobility impairments in the upper extremities that cannot use the computer mouse. In all cases, the experimental results achieved with the different optical flow sensors used in the new applications proposed have validated the utility and versatility of each proposal and the utility and versatility of the design of this optical sensor.

Large scale image mosaicing methods are in great demand among scientists who study different aspects of the seabed, and have been fostered by impressive advances in the capabilities of underwater robots in gathering optical data from the seafloor. Cost and weight constraints mean that lowcost Remotely operated vehicles (ROVs) usually have a very limited number of sensors. When a low-cost robot carries out a seafloor survey using a down-looking camera, it usually follows a predetermined trajectory that provides several non time-consecutive overlapping image pairs. Finding these pairs (a process known as topology estimation) is indispensable to obtaining globally consistent mosaics and accurate trajectory estimates, which are necessary for a global view of the surveyed area, especially when optical sensors are the only data source. This thesis presents a set of consistent methods aimed at creating large area image mosaics from optical data obtained during surveys with low-cost underwater vehicles. First, a global alignment method developed within a Feature-based image mosaicing (FIM) framework, where nonlinear minimisation is substituted by two linear steps, is discussed. Then, a simple four-point mosaic rectifying method is proposed to reduce distortions that might occur due to lens distortions, error accumulation and the difficulties of optical imaging in an underwater medium. The topology estimation problem is addressed by means of an augmented state and extended Kalman filter combined framework, aimed at minimising the total number of matching attempts and simultaneously obtaining the best possible trajectory. Potential image pairs are predicted by taking into account the uncertainty in the trajectory. The contribution of matching an image pair is investigated using information theory principles. Lastly, a different solution to the topology estimation problem is proposed in a bundle adjustment framework. Innovative aspects include the use of fast image similarity criterion combined with a Minimum spanning tree (MST) solution, to obtain a tentative topology. This topology is improved by attempting image matching with the pairs for which there is the most overlap evidence. Unlike previous approaches for large-area mosaicing, our framework is able to deal naturally with cases where time-consecutive images cannot be matched successfully, such as completely unordered sets. Finally, the efficiency of the proposed methods is discussed and a comparison made with other state-of-the-art approaches, using a series of challenging datasets in underwater scenarios / Els mètodes de generació de mosaics de gran escala gaudeixen d’una gran demanda entre els científcs que estudien els diferents aspectes del fons submarí, afavorida pels impressionants avenços en les capacitats dels robots submarins per a l’obtenció de dades ptiques del fons. El cost i el pes constitueixen restriccions que impliquen que els vehicles operats remotament disposin habitualment d’un nombre limitat de sensors. Quan un robot de baix cost duu a terme una exploració del fons submarí utilitzant una càmera apuntant cap al terreny, aquest segueix habitualment una trajectòria que dóna com a resultat diverses parelles d’imatges amb superposició de manera sequencial. Trobar aquestes parelles (estimació de la topologia) és una tasca indispensable per a l’obtenció de mosaics globalment consistents així com una estimació de trajectòria precisa, necessària per disposar d’una visió global de la regió explorada, especialment en el cas en què els sensors òptics constitueixen la única font de dades. Aquesta tesi presenta un conjunt de mètodes robustos destinats a la creació de mosaics d’àrees de grans dimensions a partir de dades òptiques (imatges) obtingudes durant exploracions realitzades amb vehicles submarins de baix cost. En primer lloc, es presenta un mètode d’alineament global desenvolupat en el context de la generació de mosaics basat en característiques 2D, substituint una minimització no lineal per dues etapes lineals. Així mateix, es proposa un mètode simple de rectificació de mosaics basat en quatre punts per tal de reduir les distorsions que poden aparèixer a causa de la distorsió de les lents, l’acumulació d’errors i les dificultats d’adquisició d’imatges en el medi submarí. El problema de l’estimació de la topologia s’aborda mitjanant la combinació d’un estat augmentat amb un altre de Kalman estès, amb l’objectiu de minimitzar el nombre total d’intents de cerca de correspondències i obtenir simultàniament la millor trajectòria possible. La predicció de les parelles d’imatges potencials té en compte la incertesa de la trajectòria, i la contribució de l’obtenció de correspondències per a un parell d’imatges s’estudia d’acord amb principis de la teoria de la informació. Així mateix, el problema de l’estimació de la topologia és abordat en el context d’un alineament global. Les innovacions inclouen l’ús d’un criteri ràpid per a determinació de la similitud entre imatges combinat amb una solució basada en arbres d’expansió mínima, per tal d’obtenir una topologia provisional. Aquesta topologia és millorada mitjançant l’intent de cerca de correspondències entre parelles d’imatges amb major probabilitat de superposició. Contràriament al que succeïa en solucions prèvies per a la construcció de mosaics de grans àrees, el nostre entorn de treball és capaç de tractar amb casos en què imatges consecutives en el temps no han pogut ser relacionades satisfactòriament, com és el cas de conjunts d’imatges totalment desordenats. Finalment, es discuteix l’eficiència del mètode proposat i es compara amb altres solucions de l’estat de l’art, utilitzant una sèrie de conjunts de dades complexos en escenaris subaquàtics.

The fusion of several images of the same scene into a single and larger composite is known as photo-mosaic. Unfortunately, the seams along image boundaries are often noticeable, due to photometrical and geometrical registration inaccuracies. Image blending is the merging step in which those artefacts are minimized. Processing bottlenecks and the lack of medium-specific processing tools have restricted underwater photo-mosaics to small areas despite the hundreds of thousands of square meters that modern surveys can cover. Producing these mosaics is difficult due to the challenging nature of the underwater environment and the image acquisition conditions. This thesis proposes strategies and solutions to tackle the problems of very large underwater optical surveys (Giga-mosaics), presenting contributions in the image preprocessing, enhancing and blending steps, resulting in an improved visual quality in the final photo-mosaic / La unió de diverses imatges d’una mateixa escena en una d’única i més gran és coneguda com a foto-mosaic. Malauradament, els límits de les imatges són habitualment perceptibles, degut a imprecisions en els registres fotomètric i geomètric. La fusió d'imatges és l'etapa del procés d'unió a la qual aquests artefactes són minimitzats. Els colls d'ampolla en el processament i la manca d'eines específiques pel tractament del medi han restringint els foto-mosaics submarins a àrees reduïdes, malgrat que els estudis actuals poden cobrir centenars de milers de m2. . La producció d'aquests mosaics és complexa donada la naturalesa del medi subaquàtic i les condicions d'adquisició de les imatges. Aquesta tesi proposa estratègies i solucions per afrontar el problema de la generació de foto-mosaics submarins de grans dimensions (Giga-mosaics), i presenta contribucions en les etapes de preprocessament, realçat i fusió d’imatges, donant lloc a una qualitat visual millorada del foto-mosaic final

[ES] Las arritmias cardíacas son un problema importante para los sistemas de salud en el mundo desarrollado debido a su alta incidencia y prevalencia a medida que la población envejece. La fibrilación auricular (FA) y la fibrilación ventricular (FV) se encuentran entre las arritmias más complejas observadas en la práctica clínica. Las consecuencias clínicas de tales alteraciones arrítmicas incluyen el desarrollo de eventos cardioembólicos complejos en la FA, y repercusiones dramáticas debido a procesos fibrilatorios sostenidos que amenazan la vida infringiendo daño neurológico tras paro cardíaco por FV, y que pueden provocar la muerte súbita cardíaca (MSC). Sin embargo, a pesar de los avances tecnológicos de las últimas décadas, sus mecanismos intrínsecos se comprenden de forma incompleta y, hasta la fecha, las estrategias terapéuticas carecen de una base mecanicista suficiente y poseen bajas tasas de éxito. Entre los mecanismos implicados en la inducción y perpetuación de arritmias cardíacas, como la FA, se cree que las dinámicas de las fuentes focales y reentrantes de alta frecuencia, en sus diferentes modalidades, son las fuentes primarias que mantienen la arritmia. Sin embargo, se sabe poco sobre los atractores, así como, de la dinámica espacio-temporal de tales fuentes fibrilatorias primarias, específicamente, las fuentes focales o rotacionales dominantes que mantienen la arritmia. Por ello, se ha desarrollado una plataforma computacional, para comprender los factores (activos, pasivos y estructurales) determinantes, y moduladores de dicha dinámica. Esto ha permitido establecer un marco para comprender la compleja dinámica de los rotores con énfasis en sus propiedades deterministas para desarrollar herramientas basadas en los mecanismos para ayuda diagnóstica y terapéutica. Comprender los procesos fibrilatorios es clave para desarrollar marcadores y herramientas fisiológica- y clínicamente relevantes para la ayuda de diagnóstico temprano. Específicamente, las propiedades espectrales y de tiempo-frecuencia de los procesos fibrilatorios han demostrado resaltar el comportamiento determinista principal de los mecanismos intrínsecos subyacentes a las arritmias y el impacto de tales eventos arrítmicos. Esto es especialmente relevante para determinar el pronóstico temprano de los supervivientes comatosos después de un paro cardíaco debido a fibrilación ventricular (FV). Las técnicas de mapeo electrofisiológico, el mapeo eléctrico y óptico cardíaco, han demostrado ser recursos muy valiosos para dar forma a nuevas hipótesis y desarrollar nuevos enfoques mecanicistas y estrategias terapéuticas mejoradas. Esta tecnología permite además el trabajo multidisciplinar entre clínicos y bioingenieros, para el desarrollo y validación de dispositivos y metodologías para identificar biomarcadores multi-dominio que permitan rastrear con precisión la dinámica de las arritmias identificando fuentes dominantes y atractores con alta precisión para ser dianas de estrategias terapeúticas innovadoras. Es por ello que uno de los objetivos fundamentales ha sido la implantación y validación de nuevos sistemas de mapeo en distintas configuraciones que sirvan de plataforma de desarrollo de nuevas estrategias terapeúticas. Aunque el mapeo panorámico es el método principal y más completo para rastrear simultáneamente biomarcadores electrofisiológicos, su adopción por la comunidad científica es limitada principalmente debido al coste elevado de la tecnología. Aprovechando los avances tecnológicos recientes, nos hemos enfocado en desarrollar, y validar, sistemas de mapeo óptico de alta resolución para registro panorámico cardíaco, utilizando modelos clínicamente relevantes para la investigación básica y la bioingeniería. / [CAT] Les arítmies cardíaques són un problema important per als sistemes de salut del món desenvolupat a causa de la seva alta incidència i prevalença a mesura que la població envelleix. La fibril·lació auricular (FA) i la fibril·lació ventricular (FV), es troben entre les arítmies més complexes observades a la pràctica clínica. Les conseqüències clíniques d'aquests trastorns arítmics inclouen el desenvolupament d'esdeveniments cardioembòlics complexos en FA i repercussions dramàtiques a causa de processos fibril·latoris sostinguts que posen en perill la vida amb danys neurològics posteriors a la FV, que condueixen a una aturada cardíaca i a la mort cardíaca sobtada (SCD). Tanmateix, malgrat els avanços tecnològics de les darreres dècades, els seus mecanismes intrínsecs s'entenen de forma incompleta i, fins a la data, les estratègies terapèutiques no tenen una base mecanicista suficient i tenen baixes taxes d'èxit. La majoria dels avenços en el desenvolupament de biomarcadors òptims i noves estratègies terapèutiques en aquest camp provenen de tècniques valuoses en la investigació de mecanismes d'arítmia. Entre els mecanismes implicats en la inducció i perpetuació de les arítmies cardíaques, es creu que les fonts primàries subjacents a l'arítmia són les fonts focals reingressants d'alta freqüència dinàmica i AF, en les seves diferents modalitats. Tot i això, se sap poc sobre els atractors i la dinàmica espaciotemporal d'aquestes fonts primàries fibril·ladores, específicament les fonts rotacionals o focals dominants que mantenen l'arítmia. Per tant, s'ha desenvolupat una plataforma computacional per entendre determinants actius, passius, estructurals i moduladors d'aquestes dinàmiques. Això va permetre establir un marc per entendre la complexa dinàmica multidomini dels rotors amb ènfasi en les seves propietats deterministes per desenvolupar enfocaments mecanicistes per a l'ajuda i la teràpia diagnòstiques. La comprensió dels processos fibril·latoris és clau per desenvolupar puntuacions i eines rellevants fisiològicament i clínicament per ajudar al diagnòstic precoç. Concretament, les propietats espectrals i de temps-freqüència dels processos fibril·latoris han demostrat destacar un comportament determinista important dels mecanismes intrínsecs subjacents a les arítmies i l'impacte d'aquests esdeveniments arítmics. Mitjançant coneixements previs, processament de senyals, tècniques d'aprenentatge automàtic i anàlisi de dades, es va desenvolupar una puntuació de risc mecanicista a la aturada cardíaca per FV. Les tècniques de cartografia òptica cardíaca i electrofisiològica han demostrat ser recursos inestimables per donar forma a noves hipòtesis i desenvolupar nous enfocaments mecanicistes i estratègies terapèutiques. Aquesta tecnologia ha permès durant molts anys provar noves estratègies terapèutiques farmacològiques o ablatives i desenvolupar mètodes multidominis per fer un seguiment precís de la dinàmica d'arrímies que identifica fonts i atractors dominants. Tot i que el mapatge panoràmic és el mètode principal per al seguiment simultani de paràmetres electrofisiològics, la seva adopció per part de la comunitat multidisciplinària d'investigació cardiovascular està limitada principalment pel cost de la tecnologia. Aprofitant els avenços tecnològics recents, ens centrem en el desenvolupament i la validació de sistemes de mapes òptics de baix cost per a imatges panoràmiques mitjançant models clínicament rellevants per a la investigació bàsica i la bioenginyeria. / [EN] Cardiac arrhythmias are a major problem for health systems in the developed world due to their high incidence and prevalence as the population ages. Atrial fibrillation (AF) and ventricular fibrillation (VF), are amongst the most complex arrhythmias seen in the clinical practice. Clinical consequences of such arrhythmic disturbances include developing complex cardio-embolic events in AF, and dramatic repercussions due to sustained life-threatening fibrillatory processes with subsequent neurological damage under VF, leading to cardiac arrest and sudden cardiac death (SCD). However, despite the technological advances in the last decades, their intrinsic mechanisms are incompletely understood, and, to date, therapeutic strategies lack of sufficient mechanistic basis and have low success rates. Most of the progress for developing optimal biomarkers and novel therapeutic strategies in this field has come from valuable techniques in the research of arrhythmia mechanisms. Amongst the mechanisms involved in the induction and perpetuation of cardiac arrhythmias such AF, dynamic high-frequency re-entrant and focal sources, in its different modalities, are thought to be the primary sources underlying the arrhythmia. However, little is known about the attractors and spatiotemporal dynamics of such fibrillatory primary sources, specifically dominant rotational or focal sources maintaining the arrhythmia. Therefore, a computational platform for understanding active, passive and structural determinants, and modulators of such dynamics was developed. This allowed stablishing a framework for understanding the complex multidomain dynamics of rotors with enphasis in their deterministic properties to develop mechanistic approaches for diagnostic aid and therapy. Understanding fibrillatory processes is key to develop physiologically and clinically relevant scores and tools for early diagnostic aid. Specifically, spectral and time-frequency properties of fibrillatory processes have shown to highlight major deterministic behaviour of intrinsic mechanisms underlying the arrhythmias and the impact of such arrhythmic events. Using prior knowledge, signal processing, machine learning techniques and data analytics, we aimed at developing a reliable mechanistic risk-score for comatose survivors of cardiac arrest due to VF. Cardiac optical mapping and electrophysiological mapping techniques have shown to be unvaluable resources to shape new hypotheses and develop novel mechanistic approaches and therapeutic strategies. This technology has allowed for many years testing new pharmacological or ablative therapeutic strategies, and developing multidomain methods to accurately track arrhymia dynamics identigying dominant sources and attractors. Even though, panoramic mapping is the primary method for simultaneously tracking electrophysiological parameters, its adoption by the multidisciplinary cardiovascular research community is limited mainly due to the cost of the technology. Taking advantage of recent technological advances, we focus on developing and validating low-cost optical mapping systems for panoramic imaging using clinically relevant models for basic research and bioengineering. / Calvo Saiz, CJ. (2022). Novel Cardiac Mapping Approaches and Multimodal Techniques to Unravel Multidomain Dynamics of Complex Arrhythmias Towards a Framework for Translational Mechanistic-Based Therapeutic Strategies [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/182329 / TESIS