This thesis presents the development of a localization and mapping algorithm for an autonomous underwater vehicle (AUV). It is based on probabilistic scan matching of raw sonar scans within a pose-based simultaneous localization and mapping(SLAM) framework / Aquesta tesis presenta el desenvolupament d’un algoritme de localització i mapeig per un vehicle submarí autònom (AUV). L’algoritme es basa en tècniques probabilístiques de scan matching utilitzant scans de sonar dins un sistema de localització i construcció simultània de mapes (SLAM) basat en posició

This dissertation formulates a proposal for a real time implementable energy management strategy (EMS) for plug-in hybrid electric vehicles. The EMS is developed to minimize vehicle fuel consumption through the utilisation of stored electric energy and high-efficiency operation of powertrain components. This objective is achieved through the development of a predictive EMS, which, in addition to fuel efficiency, is optimized in terms of computational cost and drivability. The requirement for an EMS in hybrid powertrain vehicles stems from the integration of two energy stores and converters in the powertrain; in the case of hybrid electric vehicles (HEVs) usually a combustion engine and one or more electric machines powered by a battery. During operation of the vehicle the EMS controls power distribution between engine and electric traction motor. Power distribution is optimized according to the operating point dependent efficiencies of the components, energy level of the battery and trip foreknowledge. Drivability considerations, e.g. frequency of engine starts, can also be considered. Due to high oil prices and legislative requirements caused by the environmental impact of greenhouse emissions, fuel economy has gained importance in recent years. In addition to increased fuel economy, powertrain hybridization permits the substituton of fuel for electrical energy by implementing an external recharging option for the battery. This vehicle class, incorporating a battery rechargeable via the electrical grid, is known as a plug-in HEV (PHEV). PHEV share characteristics of both HEVs and all-electric vehicles combining several advantages of both technologies. The rechargeable battery feature of the PHEVs makes their EMS development espe-cially challenging. For minimal fuel consumption, the battery is discharged optimally over the whole trip length, prioritising electrical energy when driving conditions are such that its use maximises the fuel saving that can be achieved. Therefore, an EMS for a PHEV depends heavily on the availability of a priori knowledge about the trip, i.e. the knowledge about future vehicle speed and road grade. This requires the driver to indi-cate the route before trip start. The route knowledge in combination with GPS or Galileo based next generation navigation systems using information from a geographic in-formation system (GIS) about terrain height profile, road type (e.g. motorway or country road), and legal speed limits can be evaluated by a speed prediction algorithm including information about the driver's behaviour for a detailed prediction of the trip. These navigation systems and algorithms in combination with expected future advances and the deployment of technologies such as intelligent transport systems (ITS) and vehicle-to-vehicle communication (V2V), will make more exact traffic information available to further improve prediction. Despite expected advances in prediction quality, inaccuracy of prediction data has to be considered and is therefore regarded in this work. The EMS proposed in this dissertation combines different approaches which are exe-cuted step by step. A first approximation of the energy distribution during the trip is based on a mixed integer linear program (MILP), which gives the optimal energy state of the battery during the trip. This is especially important for trips with long uphill, downhill or urban phases, i.e. sections with a particularly high or lower power requirement. The results from MILP are then used by a dynamic programming (DP) algorithm to calculate optimal torque and gear using a receding prediction horizon. Using a receding prediction horizon, an important reduction of computational cost is achieved. Lastly, from the DP results a rule-based strategy is extracted using a support vector machine (SVM). This last step is necessary to ensure the drivability of the vehicle also for inaccurate prediction data.

The development of social robots capable of interacting with humans is one of the principal challenges in the field of robotics. More and more, robots are appearing in dynamic environments, like pedestrian walkways, universities, and hospitals; for this reason, their interaction with people must be conducted in a natural, gradual, and cordial manner, given that their function could be aid, or assist people. Therefore, navigation and interaction among humans in these environments are key skills that future generations of robots will require to have. Additionally, robots must also be able to cooperate with each other, if necessary. This dissertation examines these various challenges and describes the development of a set of techniques that allow robots to interact naturally with people in their environments, as they guide or accompany humans in urban zones. In this sense, the robots' movements are inspired by the persons' actions and gestures, determination of appropriate personal space, and the rules of common social convention. The first issue this thesis tackles is the development of an innovative robot-companion approach based on the newly founded Extended Social-Forces Model. We evaluate how people navigate and we formulate a set of virtual social forces to describe robot's behavior in terms of motion. Moreover, we introduce a robot companion analytical metric to effectively evaluate the system. This assessment is based on the notion of "proxemics" and ensures that the robot's navigation is socially acceptable by the person being accompanied, as well as to other pedestrians in the vicinity. Through a user study, we show that people interpret the robot's behavior according to human social norms. In addition, a new framework for guiding people in urban areas with a set of cooperative mobile robots is presented. The proposed approach offers several significant advantages, as compared with those outlined in prior studies. Firstly, it allows a group of people to be guided within both open and closed areas; secondly, it uses several cooperative robots; and thirdly, it includes features that enable the robots to keep people from leaving the crowd group, by approaching them in a friendly and safe manner. At the core of our approach, we propose a "Discrete Time Motion" model, which works to represent human and robot motions, to predict people's movements, so as to plan a route and provide the robots with concrete motion instructions. After, this thesis goes one step forward by developing the "Prediction and Anticipation Model". This model enables us to determine the optimal distribution of robots for preventing people from straying from the formation in specific areas of the map, and thus to facilitate the task of the robots. Furthermore, we locally optimize the work performed by robots and people alike, and thereby yielding a more human-friendly motion. Finally, an autonomous mobile robot capable of interacting to acquire human-assisted learning is introduced. First, we present different robot behaviors to approach a person and successfully engage with him/her. On the basis of this insight, we furnish our robot with a simple visual module for detecting human faces in real-time. We observe that people ascribe different personalities to the robot depending on its different behaviors. Once contact is initiated, people are given the opportunity to assist the robot to improve its visual skills. After this assisted learning stage, the robot is able to detect people by using the enhanced visual methods. Both contributions are extensively and rigorously tested in real environments. As a whole, this thesis demonstrates the need for robots that are able to operate acceptably around people; to behave in accordance with social norms while accompanying and guiding them. Furthermore, this work shows that cooperation amongst a group of robots optimizes the performance of the robots and people as well. / El desenvolupament de robots socials capaços d'interactuar amb els éssers humans és un dels principals reptes en el camp de la robòtica. Actualment, els robots comencen a aparèixer en entorns dinàmics, com zones de vianants, universitats o hospitals; per aquest motiu, aquesta interacció ha de realitzar-se de manera natural, progressiva i cordial, ja que la seva utilització pot ser col.laboració, assistència o ajuda a les persones. Per tant, la navegació i la interacció amb els humans, en aquests entorns, són habilitats importants que les futures generacions de robots han de posseir, a més a més, els robots han de ser aptes de cooperar entre ells si fos requerit. El present treball estudia aquests reptes plantejats. S’han desenvolupat un conjunt de tècniques que permeten als robots interectuar de manera natural amb les persones i el seu entorn, mentre que guien o acompanyen als humans en zones urbanes. En aquest sentit, el moviment dels robots s’inspira en la manera com es mouen els humans en les convenvions socials, així com l’espai personal.El primer punt que aquesta tesi comprèn és el desenvolupament d’un nou mètode per a "robots-acompanyants" basat en el nou model estès de forces socials. S’ha evaluat com es mouen les persones i s’han formulat un conjunt de forces socials virtuals que descriuren el comportament del robot en termes de moviments. Aquesta evaluació es basa en el concepte de “proxemics” i assegura que la navegació del robot està socialment acceptada per la persona que està sent acompanyada i per la gent que es troba a l’entorn. Per mitjà d’un estudi social, mostrem que els humans interpreten el comportament del robot d’acord amb les normes socials. Així mateix, un nou sistema per a guiar a persones en zones urbanes amb un conjunt de robots mòbils que cooperen és presentat. El model proposat ofereix diferents avantatges comparat amb treballs anteriors. Primer, es permet a un grup de persones ser guiades en entorns oberts o amb alta densitat d’obstacles; segon, s’utilitzen diferents robots que cooperen; tercer, els robots són capaços de reincorporar a la formació les persones que s’han allunyat del grup anteriorment de manera segura. La base del nostre enfocament es basa en el nou model anomenat “Discrete Time Motion”, el qual representa els movimients dels humans i els robots, prediu el comportament de les persones, i planeja i proporciona una ruta als robots.Posteriorment, aquesta tesi va un pas més enllà amb el desenvolupament del model “Prediction and Anticipation Model”. Aquest model ens permet determinar la distribució òptima de robots per a prevenir que les persones s’allunyin del grup en zones especíıfiques del mapa, i per tant facilitar la tasca dels robots. A més, s’optimitza localment el treball realitzat pels robots i les persones, produint d’aquesta manera un moviment més amigable. Finalment, s’introdueix un robot autònom mòbil capaç d’interactuar amb les persones per realitzar un aprenentatge assistit. Incialment, es presenten diferents comportaments del robot per apropar-se a una persona i crear un víıncle amb ell/ella. Basant-nos en aquesta idea, un mòdul visual per a la detecció de cares humanes en temps real va ser proporcionat al robot. Hem observat que les persones atribueixen diferents personalitats al robot en funció dels seus diferents comportaments. Una vegada que el contacte va ser iniciat es va donar l’oportunitat als voluntaris d’ajudar al robot per a millorar les seves habilitats visuals. Després d’aquesta etapa d’aprenentatge assistit, el robot va ser capaç d’identificar a les persones mitjançant l'ús de mètodes visuals.En resum, aquesta tesi presenta i demostra la necessitat de robots que siguin capaços d’operar de forma acceptable amb la gent i que es comportin d’acord amb les normes socials mentres acompanyen o guien a persones. Per altra banda, aquest treball mostra que la coperació entre un grup de robots pot optimitzar el rendiment tant dels robots com dels humans.

This thesis presents a novel and complete fuzzy multi-criteria decision making (MCDM) methodology. This methodology is specifically designed for selecting classifications in the framework of unsupervised learning systems. The main results obtained are twofold. On the one hand, the definition of fuzzy criteria to be used to assess the suitability of a set of given classifications and, on the other hand, the design and development of a natural language generation (NLG) system to qualitatively describe them. Unsupervised learning systems often produce a large number of possible classifications. In order to select the most suitable one, a set of criteria is usually defined and applied sequentially to assess and filter the obtained classifications. This is done, in general, by using a true-false decision in the application of each criterion. This approach could result in classifications being discarded and not taken into account when they marginally fail to meet one particular criterion even though they meet other criteria with a high score. An alternative solution to this sequential approach has been introduced in this thesis. It consists of evaluating the degree up to which each fuzzy criterion is met by each classification and, only after this, aggregating for each classification the individual assessments. This overall value reflects the degree up to which the set of criteria is globally satisfied by each classification. Five fuzzy criteria are defined and analysed to be used collectively to evaluate classifications. The corresponding single evaluations are then proposed to be aggregated into a collective one by means of an Ordered Weighted Averaging (OWA) operator guided by a fuzzy linguistic quantifier, which is used to implement the concept of fuzzy majority in the selection process. In addition, a NLG system to qualitatively describe the most important characteristics of the best classification is designed and developed in order to fully understand the chosen classification. Finally, this new methodology is applied to a real business problem in a marketing context. The main purpose of this application is to show how the proposed methodology can help marketing experts in the design of specific-oriented marketing strategies by means of an automatic and interpretable segmentation system.

Virtual optical networking supports the dynamic provisioning of dedicated networks over the same network infrastructure, which has received a lot of attention by network providers. The stringent network requirements (e.g., Quality of Service -QoS-, Service Level Agreement -SLA-, dynamicity) of the emerging high bandwidth and dynamic applications such as high-definition video streaming (e.g., telepresence, television, remote surgery, etc.), and cloud computing (e.g., real-time data backup, remote desktop, etc.) can be supported by the deployment of dynamic infrastructure services to build ad-hoc Virtual Optical Networks (VON), which is known as Infrastructure as a Service (IaaS). Future Internet should support two separate entities: infrastructure providers (who manage the physical infrastructure) and service providers (who deploy network protocols and offer end-to-end services). Thus, network service providers shall request, on a per-need basis, a dedicated and application-specific VON and have full control over it. Optical network virtualization technologies allow the partitioning/composition of the network infrastructure (i.e., physical optical nodes and links) into independent virtual resources, adopting the same functionality as the physical resource. The composition of these virtual resources (i.e., virtual optical nodes and links) allows the deployment of multiple VONs. A VON must be composed of not only a virtual transport plane but also of a virtual control plane, with the purpose of providing the required independent and full control functionalities (i.e., automated connection provisioning and recovery (protection/restauration), traffic engineering (e.g., QoS, SLA), etc.). This PhD Thesis focuses on optical network virtualization, with three main objectives. The first objective consists on the design, implementation and evaluation of an architecture and the necessary protocols and interfaces for the virtualization of a Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) controlled Wavelength Switched Optical Network (WSON) and the introduction of a resource broker for dynamic virtual GMPLS-controlled WSON infrastructure services, whose task is to dynamically deploy VONs from service provider requests. The introduction of a resource broker implies the need for virtual resource management and allocation algorithms for optimal usage of the shared physical infrastructure. Also, the deployment of independent virtual GMPLS control plane on top of each VON shall be performed by the resource broker. This objective also includes the introduction of optical network virtualization for Elastic Optical Networks (EON). The second objective is to design, implement and experimentally evaluate a system architecture for deploying virtual GMPLS-controlled Multi-Protocol Label Switching Transport Profile (MPLS-TP) networks over a shared WSON. With this purpose, this PhD Thesis also focuses on the design and development of MPLS-TP nodes which are deployed on the WSON of the ADRENALINE Testbed at CTTC premises. Finally, the third objective is the composition of multiple virtual optical networks with heterogeneous control domains (e.g., GMPLS, OpenFlow). A multi-domain resource broker has been designed, implemented and evaluated. / La gestió de xarxes òptiques virtuals permet la provisió dinàmica de xarxes dedicades a sobre la mateixa infraestructura de xarxa i ha cridat molt l’atenció als proveïdors de xarxes. Els requisits de xarxa (per exemple la qualitat de servei, els acords de nivell de servei o la dinamicitat) són cada cop més astringents per a les aplicacions emergents d'elevat ample de banda i dinàmiques, que inclouen per exemple la reproducció en temps real de vídeo d'alta definició (telepresència, televisió, telemedicina) i serveis d’informàtica en núvol (còpies de seguretat en temps real, escriptori remot). Aquests requisits poden ser assolits a través del desplegament de serveis de infraestructura dinàmics per construir xarxes òptiques virtuals (VON, en anglès), fet que és conegut com a infraestructura com a servei (IaaS). La internet del futur hauria de suportar dos entitats diferenciades: els proveïdors d'infraestructures (responsables de gestionar la infraestructura física), i els proveïdors de serveis (responsables dels protocols de xarxa i d'oferir els serveis finals). D'aquesta forma els proveïdors de serveis podrien sol•licitar i gestionar en funció de les necessitats xarxes òptiques virtuals dedicades i específiques per les aplicacions. Les tecnologies de virtualització de xarxes òptiques virtuals permeten la partició i composició de infraestructura de xarxa (nodes i enllaços òptics) en recursos virtuals independents que adopten les mateixes funcionalitats que els recursos físics. La composició d'aquests recursos virtuals (nodes i enllaços òptics virtuals) permet el desplegament de múltiples VONs. Una VON no sols està composada per un pla de transport virtual, sinó també per un pla de control virtual, amb l'objectiu d'incorporar les funcionalitats necessàries a la VON (provisió de connexions automàtiques i recuperació (protecció/restauració), enginyeria de tràfic, etc.). Aquesta tesis es centra en la virtualització de xarxes òptiques amb tres objectius principals. El primer objectiu consisteix en el disseny, implementació i avaluació de l'arquitectura i els protocols i interfícies necessaris per la virtualització de xarxes encaminades a través de la longitud d'ona i controlades per GMPLS. També inclou la introducció d'un gestor de recursos per desplegar xarxes òptiques virtuals de forma dinàmica. La introducció d'aquest gestor de recursos implica la necessitat d'una gestió dels recursos virtuals i d’algoritmes d’assignació de recursos per a la utilització òptima dels recursos físics. A més el gestor de recursos ha de ser capaç del desplegament dels recursos assignats, incloent un pla de control GMPLS virtual independent per a cada VON desplegada. Finalment, aquest objectiu inclou la introducció de mecanismes de virtualització per a xarxes elàstiques òptiques (EON, en anglès). El segon objectiu és el disseny, la implementació i l’avaluació experimental d'una arquitectura de sistema per oferir xarxes MPLS-TP virtuals controlades per GMPLS sobre una infraestructura i WSON compartida. Per això, aquesta tesis també es centra en el disseny i desenvolupament d'un node MPLS-TP que ha estat desplegat al demostrador ADRENALINE, al CTTC. Finalment, el tercer objectiu és la composició de múltiples xarxes òptiques virtuals en dominis de control heterogenis (GMPLS i OpenFlow). Un gestor de recursos multi-domini ha estat dissenyat, implementat i avaluat. / La gestión de redes ópticas virtuales permite la provisión dinámica de redes dedicadas encima la misma infraestructura de red y ha llamado mucho la atención a los proveedores de redes. Los requisitos de red (por ejemplo la calidad de servicio, los acuerdos de nivel de servicio o la dinamicidad) son cada vez más estringentes para las aplicaciones emergentes de elevado ancho de banda y dinámicas, que incluyen por ejemplo la reproducción en tiempo real de vídeo de alta definición (telepresencia, televisión, telemedicina) y servicios de computación en la nube (copias de seguridad en tiempo real, escritorio remoto). Estos requisitos pueden ser logrados a través del despliegue de servicios de infraestructura dinámicos para construir redes ópticas virtuales (VON, en inglés), hecho que es conocido como infraestructura como servicio (IaaS). La internet del futuro tendrá que soportar dos entidades diferenciadas: los proveedores de infraestructuras (responsables de gestionar la infraestructura física), y los proveedores de servicios (responsables de los protocolos de red y de ofrecer los servicios finales). De esta forma los proveedores de servicios podrán solicitar y gestionar en función de las necesitados redes ópticas virtuales dedicadas y específicas por las aplicaciones. Las tecnologías de virtualización de redes ópticas virtuales permiten la partición y composición de infraestructura de red (nodos y enlaces ópticos) en recursos virtuales independientes que adoptan las mismas funcionalidades que los recursos físicos. La composición de estos recursos virtuales (nodos y enlaces ópticos virtuales) permite el despliegue de múltiples VONs. Una VON no sólo está compuesta por un plan de transporte virtual, sino también por un plan de control virtual, con el objetivo de incorporar las funcionalidades necesarias a la VON (provisión de conexiones automáticas y recuperación (protección/restauración), ingeniería de tráfico, etc.). Esta tesis se centra en la virtualización de redes ópticas con tres objetivos principales. El primer objetivo consiste en el diseño, implementación y evaluación de la arquitectura y los protocolos e interfaces necesarios por la virtualización de redes encaminadas a través de la longitud de ola y controladas por GMPLS. También incluye la introducción de un gestor de recursos para desplegar redes ópticas virtuales de forma dinámica. La introducción de este gestor de recursos implica la necesidad de una gestión de los recursos virtuales y de algoritmos de asignación de recursos para la utilización óptima de los recursos físicos. Además el gestor de recursos tiene que ser capaz del despliegue de los recursos asignados, incluyendo un plan de control GMPLS virtual independiente para cada VON desplegada. Finalmente, este objetivo incluye la introducción de mecanismos de virtualización para redes elásticas ópticas (EON, en inglés). El segundo objetivo es el diseño, la implementación y la evaluación experimental de una arquitectura de sistema para ofrecer redes MPLS-TP virtuales controladas por GMPLS sobre una infraestructura WSON compartida. Por eso, esta tesis también se centra en el diseño y desarrollo de un nodo MPLS-TP que ha sido desplegado al demostrador ADRENALINE, en el CTTC. Finalmente, el tercer objetivo es la composición de múltiples redes ópticas virtuales en dominios de control heterogéneos (GMPLS y OpenFlow). Un gestor de recursos multi-dominio ha sido diseñado, implementado y evaluado.

Underwater maps are an important source of information for the scientific community, since mapping the seafloor is the starting point for underwater exploration. The advance of range scanning methodologies (both acoustic and optical), enables the mapping of the seabed to attain increasingly larger resolutions. However, all these techniques sample the surface to reconstruct in the form of a point cloud. Surface reconstruction methods try to recover from these points a continuous surface representing the object in the form of a mesh of triangles, easing visualization and further processing. This thesis proposes four different strategies to tackle the problem of surface reconstruction from point sets corrupted with high levels of noise and outliers, while also recovering the boundaries of these surfaces. The results obtained by our algorithms are discussed and compared both qualitatively and quantitatively with other state-of-the-art approaches / Els mapes del fons del marí són una important font d'informació per la comunitat científica. Els avenços en les metodologies d'escaneig (acústic o òptic), permeten que la construcció de mapes del fons marí es realitzi cada cop a més altes resolucions. Tot i això, totes aquestes tècniques mostregen la superfície de l'àrea d’interès en la forma d'un núvol de punts. Els mètodes de reconstrucció de superfícies són els encarregats d’obtenir una superfície continua que representi l'objecte en forma d'una malla de triangles, que facilitarà la visualització i el processat posterior d'aquestes dades. Aquest treball contribueix a l'àrea de reconstrucció de superfícies amb quatre mètodes diferents, capaços de treballar amb núvols de punts que continguin alts nivells de soroll i outliers, i que recuperen al mateix moment els llindars d’aquestes superfícies. Els resultats obtinguts han estat avaluats i comparats tant qualitativament com quantitativament contra altres mètodes de l'estat de l'art

Primeramente se hace una exposición de los métodos dedescripción diseño y puesta a punto de programas ycircuitos actualmente utilizados, a continuación sedescribe la alternativa propuesta cuyas característicasmás destacadas son: - análisis descendente de las tareasque debe realizar el sistema. - descripción formal yuniforme de esas tareas. - unificación de losprocedimientos de síntesis de programas y circuitos. -aprovechamiento optimo de las herramientas de puesta apunto de microcomputadores.

En aquesta tesi es proposa i estudia una arquitectura per al reconeixement òptic a temps real d'imatges en color. Aquest estudi es divideix en tres parts principals. La primera és la definició d'un formalisme per a descriure les imatges en color mitjançant funcions tridimensionals, entre les que una conté la distribució de color de cada píxel. La segona part consisteix en la construcció i optimització d'un correlador òptic basat en moduladors espacials de llum a temps real, i el desenvolupament i implementació òptica d'una tècnica de codificació de funcions tridimensionals. La primera part de l'estudi tracta de la optimització del correlador òptic. El primer aspecte que es considera és la obtenció de modulació de només amplitud per a l'escena del correlador, i l'obtenció de modulació de només fase per al filtre. Per a aconseguir-ho es proposa analitzar la modulació de llum el·lípticament polaritzada i triar els estats de polarització que condueixen a les millors modulacions. També es proposa un procediment per a l'alineament dels diferents elements del correlador, donat que l'alineament és un factor clau per al correcte funcionament del correlador òptic. El procediment proposat està basat en la utilització d'escenes de prova, que tenen una reconstrucció al pla de correlació que es veu dramàticament afectada pels defectes d'alineament dels diferents elements del correlador.La segona part de l'estudi és la formulació de funciones tridimensionals per al reconeixement d'imatges en color. Es defineix la transformada de Fourier i la correlació per aquestes funcions. S'interpreta l'espectre de Fourier de la distribució de color en termes de magnituds colorimètriques, com el to, la saturació i la intensitat. Tanmateix, s'estenen alguns filtres típics de la correlació, com es el filtre de només fase. En el cas d'imatges en color, la uniformització de la magnitud de l'espectre de Fourier 3D es tradueix en un realçat dels contorns presents a la resposta impulsional, junt amb la normalització de la intensitat i la saturació dels colors. Finalment, en la tercera part de la tesi, es proposa una tècnica per a codificar la correlació de funciones tridimensionals al correlador òptic dissenyat. La tècnica proposada consisteix a representar els diferents canals de les funciones 3D mitjançant xarxes portadores, d'idèntics període i direcció, però amb fases diferents. Es demostra matemàticament que es pot obtenir tant l'espectre de Fourer 3D com la correlació 3D. Tanmateix es presenten resultats experimentals, tant de la transformada de Fourier com de reconeixement d'objectes en color per correlació 3D. / In this thesis a new architecture for real time color pattern recognition is proposed and studied. This study is divided in three main parts: First, the definition of a formalism to describe color images by three dimensional functions, in which the third variable contains the color distribution of each pixel. The second part is the construction and optimization of an optical correlator based on liquid crystal display panels. Finally, the third part consists on and the development and implementation of a technique that permits to encode three dimensional functions in optical signals.The first part of the study is concerned on the optimization of the optical correlator. The first aspect that is considered is how to obtain amplitude only modulation in the scene of the correlator and phase only modulation for the filter of the correlator. To do this, the analysis of the modulation of the elliptical components of polarized light is proposed. Then, the elliptical states that produce a best configuration are chosen by configuring the polarizing elements of the correlator.A procedure for the alignment of the different elements of the correlator is also proposed, because the alignment is a key factor for the correct performance of an optical correlator. The proposed procedure is based in the use of test scenes whose reconstruction in the correlation plane is dramatically affected by the misalignments of the different elements of the correlator.The second part of the study is the formulation of three dimensional functions for color pattern recognition. 3D Fourier transform and 3D correlation function are defined for this kind of signals. An interpretation of the Fourier spectrum of color distributions is given in terms of colorimetric magnitudes such as the hue, saturation and intensity of the corresponding colors. Also, some frequency filters, such as the phase only filter typical of pattern recognition are extended for color images. In this case, the normalization of the magnitude of the 3D Fourier spectrum is translated in an enhancement of the contours present on the impulse response filter, together with the normalization of the intensity and saturation of the colors. Finally, in the third part of the thesis, an encoding technique to obtain three dimensional correlation using optical signals is proposed. The proposed technique consists on represent the different channels of the 3D signals by carrier gratings. The gratings have the same period and direction but have different phase. The mathematical demonstration for the encoding of the 3D Fourier transform and 3D correlation are given. Experimental results that show that 3D Correlation can be implemented in an optical processor for color pattern recognition purposes are also given.

The advance of computing systems has brought new ways to use and access the stored data that push the architecture of traditional file systems to its limits, making them inadequate to handle the new needs. Current challenges affect both the performance of high-end computing systems and its usability from the applications perspective. On one side, high-performance computing equipment is rapidly developing into large-scale aggregations of computing elements in the form of clusters, grids or clouds. On the other side, there is a widening range of scientific and commercial applications that seek to exploit these new computing facilities. The requirements of such applications are also heterogeneous, leading to dissimilar patterns of use of the underlying file systems. Data centres have tried to compensate this situation by providing several file systems to fulfil distinct requirements. Typically, the different file systems are mounted on different branches of a directory tree, and the preferred use of each branch is publicised to users. A similar approach is being used in personal computing devices. Typically, in a personal computer, there is a visible and clear distinction between the portion of the file system name space dedicated to local storage, the part corresponding to remote file systems and, recently, the areas linked to cloud services as, for example, directories to keep data synchronized across devices, to be shared with other users, or to be remotely backed-up. In practice, this approach compromises the usability of the file systems and the possibility of exploiting all the potential benefits. We consider that this burden can be alleviated by determining applicable features on a per-file basis, and not associating them to the location in a static, rigid name space. Moreover, usability would be further increased by providing multiple dynamic name spaces that could be adapted to specific application needs. This thesis contributes to this goal by proposing a mechanism to decouple the user view of the storage from its underlying structure. The mechanism consists in the virtualization of file system metadata (including both the name space and the object attributes) and the interposition of a sensible layer to take decisions on where and how the files should be stored in order to benefit from the underlying file system features, without incurring on usability or performance penalties due to inadequate usage. This technique allows to present multiple, simultaneous virtual views of the name space and the file system object attributes that can be adapted to specific application needs without altering the underlying storage configuration. The first contribution of the thesis introduces the design of a metadata virtualization framework that makes possible the above-mentioned decoupling; the second contribution consists in a method to improve file system performance in large-scale systems by using such metadata virtualization framework; finally, the third contribution consists in a technique to improve the usability of cloud-based storage systems in personal computing devices.

Vehicle operations in underwater environments are frequently compromised by poor visibility conditions. In this thesis, we propose an end-to-end mosaicing framework tailored to the characteristics of forward-looking sonar imagery in order to build consistent overviews of planar underwater areas regardless of water visibility. Our solution targets versatility: it enables the generation of acoustic mosaics that involve roto-translational motions and comprise different vehicle tracklines, it is suitable for a wide range of scenarios, it can be applicable on data collected with minimally instrumented vehicles, and it allows both offline and real-time operation. To this end, we address the key problem of image registration on forward-looking sonar images and we provide solutions for the global alignment of the sonar frames along the trajectory as well as their blending into a smooth acoustic mosaic. To validate the full proposed framework, an extensive experimental section is reported showing successful results in relevant field applications. / Freqüentment, les operacions amb vehicles en entorns submarins estan condicionades a la visibilitat de l’aigua. En aquesta tesi, proposem un sistema complet per a la construcció de mapes subaquàtics adaptat a les característiques dels sonars de visió frontal, per tal de construir mosaics d’imatges acústiques independentment de la visibilitat de l’aigua. La solució proposada permet la generació de mapes que involucren moviments roto-translacionals i múltiples transectes, és adequada per un ampli ventall d’escenaris i permet la generació de mosaics tant en mode post-processat com en temps real. Proposem un nou mètode per al registre d'imatges d'aquest tipus de sonar, així com també solucions per a dur a terme l'alineament global de les imatges al llarg d'una trajectòria i per a fusionar les imatges en un mosaic acústic. Per tal de validar el funcionament de tot el sistema es presenten experiments demonstrant resultats satisfactòris en el marc d'aplicacions reals.