Se han desarrollado sondas de SPM conductoras y aisladas para la caracterización por microscopía de impedancia de barrido en medio ambiente líquido. Las sondas se han desarrollado debido a la necesidad de caracterizar dispositivos biosensores olfativos en el proyecto Europeo BOND. Hemos realizado desarrollos separados para sondas DC (para medidas eléctricas en corriente continua en modo de contacto) y sondas AC (para la medida de la respuesta alterna en modo dinámico). Hemos demostrado la fabricación mediante procesos de microfabricación estándar de sondas de SPM (vigas en voladizo con puntas tetraédricas integradas) conductoras y eléctricamente aisladas excepto en el extremo de la punta y en la zona de contacto eléctrico. El radio de la punta se ha medido a partir de la resolución de las imágenes topográficas y de técnicas de calibración eléctricas, mostrando ambas medidas un muy buen acuerdo, con valores en el rango de 30-50nm. Estos valores están de acuerdo con la especificación requerida por el proyecto BOND (radio de la punta menor que 100nm). La constante de fuerza de las sondas se ha calibrado mediante la técnica de la sintonización térmica. Los valores medidos están de acuerdo con las especificaciones requeridas en el proyecto BOND. Se ha medido el gradiente de capacidad entre las sondas y un substrajo conductor (grafito HOPG) en función de la distancia punta-substrato, utilizando un montaje con resolución de attofaradios. Estas medidas demostraron que la capacidad parásita entre las distintas partes de la sonda (viga, cono de la punta y sustrato de la sonda) y el substrato conductor se redujo a un valor no detectable tanto para las sondas DC como para las AC. Se ha medido también la deflexión estática de la viga de una sonda AC debida al acoplamiento capacitivo entre la sonda y el substrato, en función del voltaje DC aplicado manteniendo constante la distancia (500 nm). Las medidas mostraron que el acoplamiento capacitivo entre la sonda y el substrato conductor es mucho menor que el correspondiente a una sonda con la viga totalmente cubierta por metal, resultado que está de acuerdo con el diseño de las sondas. Hasta donde sabemos, estas son las primeras sondas de SPM conductoras y aisladas que se han fabricado con contribuciones de capacidad parásita muy reducidas respecto a las sondas convencionales. Se han realizado además experimentos de EFM y AFM túnel (TUNA) con las sondas AC. Se observó un muy buen acuerdo entre las imágenes de EFM y topográficas tomadas simultáneamente de nanoestructuras de óxido de silicio en silicio altamente dopado. Se observó una relación lineal entre la corriente TUNA y el voltaje DC aplicado entre la sonda y el substrato conductor. Estos resultados muestran el buen comportamiento eléctrico de las sondas. Se espera que la capa dieléctrica de las sondas minimice la conductancia parásita entre la viga de la sonda y las muestras en un medio líquido. Por ello se espera que las sondas AC puedan ser utilizadas para la caracterización eléctrica local de muestras con pequeña señal en ambiente líquido. En las sondas DC, al ser silicio el material de la punta, el óxido nativo bloqueó el contacto eléctrico entre la punta y el substrato conductor en las medidas de la corriente TUNA. Para abordar este problema se realizaron pruebas con siliciuros de titanio y de tántalo como capas conductoras en las sondas. Sin embargo las condiciones de grabado del nitruro de silicio (la capa dieléctrica usada en las sondas) disponibles tienen poca selectividad con estas capas de siliciuro. Se requerirían por tanto estudios adicionales para resolver este problema y poder fabricar sondas DC óptimas para la caracterización topográfica y eléctrica de muestras en ambiente líquido. / We have developed insulated conductive SPM probes for scanning impedance microscopy characterization in liquid environment. The probes have been developed due to the need of characterizing olfactory biosensor devices within the European project BOND. We have made separate developments for DC probes (for DC electrical measurements in contact mode) and AC probes (to measure the AC response in dynamic mode). We have demonstrated the batch fabrication of conductive SPM probes (cantilevers integrated with sharp tetrahedral tips) insulated except at the very tip apex and the contact pad area with standard microfabrication processes. The tip radius of the fabricated probes obtained from topographic image resolution and electrical calibration techniques show very good agreement and gave tip radius values in the range of 30-50nm. These tip radius values satisfy the specification for the probes tips as required by the BOND project (which was tip radius value of less than 100nm). The force constant of the fabricated probes was calibrated using the thermal tuning technique. The force constant values of the characterized probes were found to satisfy the specification values for the probe cantilevers as required by the BOND project. Capacitance gradient between the fabricated probes and a conductive substrate (HOPG) as a function of tip-substrate distance was measured by a setup with attofarad resolution. These measurements demonstrated that the stray capacitance between the different parts of the probes (cantilever, tip cone and probe substrate) and the conductive substrate was reduced to a non-detectable limit for both DC and AC probes. Static deflection of an AC probe cantilever due to the probe substrate capacitance coupling was measured as a function of DC applied voltage at constant tip-substrate distance (500 nm). Capacitance coupling between the fabricated AC probe cantilever and the conductive substrate was highly reduced compared to what will be between the conductive substrate and a probe cantilever with full metallic coating. These results are consistent with the design of the probes. We claim, to the best of our knowledge, that we are the 1st in fabricating insulated conductive SPM probes with much reduced stray capacitance contributions. Further EFM and tunneling AFM (TUNA) experiments were made with AC probes. Very good agreement between simultaneously taken EFM and topography images of silicon oxide nanostructures on highly doped silicon was observed. And linear relationship between TUNA current and DC applied voltage (between the probe and a conductive substrate) was observed. These results show the good electrical behavior of the probes. The dielectric coating is expected to minimize the parasitic conductance between the probe cantilever and samples in liquid media. Therefore, it is expected that the AC probes can be utilized for local electrical characterization of small signal samples in liquid environment. In the DC probes, as the tip material is silicon, the native oxide on the tip blocked electrical contact between the probe tip and the conductive substrate in TUNA current measurement. To address the issue of native oxide, we performed titanium and tantalum silicide (as probe conducting layers) test runs. But we found that the silicon nitride (the dielectric layer used on the probes) etching conditions which are available at IMB-CNM clean room facility have poor selectivity to titanium and tantalum silicide layers. We believe that further test is needed to address the titanium or tantalum silicide selectivity problem to fabricate optimum DC probes for topographic and electrical characterization of samples in liquid environment.

In this thesis, two approaches of information presentation on indoor view have been presented using Radio-Frequency Identification (RFID) and camera sensors on a robot. The goal is to capture images of the indoor environment and to create a 3D view so that users can view, navigate, and locate a product on the view. RFID is an `Auto-ID' system that can identify a tagged object from a remote distance without a direct line-of-sight. In the first approach, a Google Street View-like indoor view creation and RFID-obtained product information projection have been presented. Also, in the second approach, we explore Simultaneous Localization and Mapping (SLAM), RGB-D RGB-D Mapping, and the RFID-obtained product information projection on a 3D point cloud map. / En aquesta tesi, dos enfocaments de presentació de la informació a la vista d’interior s’han presentat mitjançant identificació per radio-freqüència (RFID) i sensors de la càmera en un robot. L’objectiu és capturar imatges de l’ambient interior i la creació d’una vista 3D, de manera que els usuaris poden veure, navegar i localitzar un producte a la vista. RFID és un ‘sistema’ Auto ID, que és capaç d’identificar un objecte etiquetat des d’una distància remota sense una línia de visió directa. Per altra banda, un sistema RFID pot ser configurat per adquirir ubicacions aproximades d’objectes RFID etiquetats. En el primer enfocament, s’han presentat una creació de vista interior com Google Street View i la projecció d’informació de productes obtinguts per RFID. I, en el segon enfocament, la projecció de la informació de productes obtinguts per RFID en una vista de núvol de punts 3D s’ha presentat usant un econòmic RGB-D (Red, Blue, Green, and Depth) sensor de càmera i RGB-D SLAM.

Esta tesis estudia el sonido del cine estructural analizando sus fundamentaciones teóricas, sus tratamientos prácticos y sus apreciaciones estéticas. Se parte de una serie de películas estructurales internacionales englobadas bajo cuatro conceptos acústicos para discutir las dinámicas de sus sonidos. La investigación se centra en la noción de ruido, la utilización de la voz, las técnicas de repetición y el concepto de paisaje sonoro, para examinar doce filmes que desnaturalizan el sonido enfatizando su materialidad. El estudio confirma la experimentación acústica del cine estructural como uno de los recursos esenciales para interrogar las limitaciones tecnológicas del medio. / This thesis studies the structural film sound analyzing their theoretical foundations, its practical treatments and aesthetic appreciation. A series of international structural films included under four acoustic concepts are located in order to discuss the dynamics of their sounds. The research focuses on the notion of noise, the use of the voice, the techniques of repetition and the concept of soundscape, to examine twelve films which distort the sound emphasizing its materiality. The study confirms the acoustic experiments os structural film as an essential resource to question the technological limitations of the medium.

Dentro de las experiencias interactivas en tiempo real, y en concreto de los sistemas de realidad mixta, buscamos nuevas formas de comunicación en la ficción interactiva que enriquezcan la experiencia de usuario. Partimos de la Narratología y de ciertos objetos arquetípicos que podríamos considerar mágicos, cuyos usos y propiedades otorgan a los protagonistas de las historias poderes y potencial para convertirse en héroes y abrir un pasaje al mundo de la aventura. Estos objetos cotidianos, son extraídos de las historias y convertidos en tangibles, permitirán al usuario dentro de la experiencia interactiva tener una interacción “natural” que le animará a descubrir nuevos potenciales mediante la acción, mientras es guiado y involucrado en la aventura, convirtiéndolo en el protagonista de la ficción. Para ello introducimos la Subjetividad virtual, modelo de interacción con el que diseñaremos la experiencia de acuerdo a su punto de vista que será transformado a lo largo del viaje a través de la utilización de los objetos. El resultado es una nueva forma de concebir la interacción en la utilización de objetos como elementos narrativos dentro de los sistemas de realidad mixta. Con una guía y un modelo de interacción renovado que parten de las especificidades del medio, se aportan herramientas analíticas y de producción para aquellos creadores y diseñadores que deseen trabajar en este mismo marco dentro las experiencias interactivas en tiempo real. / Within the context of interactive systems that generate stimuli in real time, we are searching for new forms of communication in adventure fiction that may improve user experience. To this end, we have taken from Narratology, archetypal objects that one may identify as “magic”, the uses and properties of which often provide powers and potential to the protagonists of stories to evolve into heroes and open a door to the world of adventure. These everyday objects, taken from stories and converted into tangible objects, allow the user, within an interactive experience, to have a “natural” interaction that encourages discovering new potential through action, while guiding and involving her in the adventure and transforming her into the protagonist of the fiction experience. The Virtual Subjectiveness, as an interaction design model, provides the user with coherent point of view that is transformed along the journey by the use of these special objects. This conforms an original view on everyday objects as narrative engines within real time generated experiences. A guide for interaction design and a renewed model of interaction based on specifications of the medium provide designers and authors with analytic and production tools for creating interactive experiences into the same framework.

La discapacitat visual és una greu amenaça que limita la capacitat de les persones per comunicar-se. Amb els anys, s’han explorat diverses propostes tecnològiques basades tan en estímuls auditius com tàctils per aportar solucions reals a la gent que pateix aquest tipus de discapacitat. Entre les més rellevants destaquen les tècniques d’audiodescripció i els dispositius Braille basats en actuació piezoelèctrica, que són els que actualment es troben al mercat. A dia d’avui, al vell mig de la cursa tecnològica, hi ha una demanda creixent de comunicació rica i fluida mitjançant el tacte. Tan és així que la majoria interruptors, botons i tecles de gran part dels dispositius electrònics del nostre entorn estan essent substituïts per pantalles tàctils, afegint barreres físiques i augmentant les dificultats de comunicació de les persones cegues. Noves generacions de materials, principalment els polímers, han despertat un gran interès en els darrers anys gràcies a les seves atractives propietats, que poden adaptar-se a la carta en funció de les necessitats. De tots ells, els elastòmers de cristalls líquids, LCE, en són un clar exemple. Els LCE tenen la capacitat intrínseca d’auto-organitzar-se a nivell molecular, desencadenant canvis controlats i totalment reversibles en les seves dimensions a escala macroscòpica, en resposta a diversos tipus d’estímuls externs; canvis que poden adaptar-se per desenvolupar actuadors capaços de produir tan esforços mecànics de tracció com d’empenta. La recerca presentada en aquesta tesi descriu les principals característiques dels LCE des del punt de vista de l’enginyeria i discuteix les seves possibles aplicacions com a actuadors, amb el principal objectiu d’aportar solucions innovadores als actuals sistemes tàctils, a partir del disseny, fabricació i caracterització de diferents actuadors basats en aquests materials i la seva foto-actuació a partir de llum visible. Propostes que combinen tècniques de processament de materials i tecnologia de microsistemes per aportar solucions tecnològiques innovadores cap a una nova generació d’actuadors intel·ligents. / La discapacidad visual es una grave amenaza que limita la capacidad de las personas para comunicarse. Con los años. Se han explorado diversas propuestas tecnológicas basadas tanto en estímulos auditivas como en estímulos táctiles para aportar soluciones reales al colectivo que sufre este tipo de discapacidad. Entre las más relevantes destacan las técnicas de audio descripción y los dispositivos Braille basados en actuación piezoeléctrica, que son los que actualmente se encuentran en el mercado. A día de hoy, en medio de la carrera tecnológica, hay una demanda creciente de comunicación rica y fluida a través del tacto. Tanto es así que la mayoría de los interruptores, botones y teclas de gran parte de los dispositivos electrónicos a nuestro alcance están siendo reemplazados por pantallas táctiles, añadiendo barreras físicas y aumentando las dificultades de comunicación de las personas ciegas. Nuevas generaciones de materiales, principalmente los polímeros, han despertado un gran interés en los últimos años gracias a sus atractivas propiedades, que pueden adaptarse a la carta en función de las necesidades. De todos ellos, los elastómeros de cristales líquidos, LCE, son un claro ejemplo. Los LCE tienen la capacidad intrínseca de auto-organizarse a nivel molecular, produciendo cambios controlados y totalmente reversibles de sus dimensiones a escala macroscópica, en respuesta a varios tipos de estímulos externos; cambios que pueden adaptarse a demanda para desarrollar actuadores capaces de producir distintos tipos de esfuerzos mecánicos de tracción. La investigación recogida y presentada en este documento de tesis describe las principales características de los LCE desde el punto de vista de la ingeniería y discute sus posibles aplicaciones cómo actuadores, con el principal objetivo de aportar soluciones innovadoras a los actuales sistemas táctiles, a partir del diseño, fabricación y caracterización de distintos actuadores basados en estos materiales y su foto-actuación a partir de luz visible. Propuestas que combinan técnicas de procesado de materiales y tecnología de microsistemas para aportar soluciones tecnológicas innovadoras hacia una nueva generación de actuadores inteligentes. / Visual disability is a serious threat that limits the persons’ ability to communicate. Over the years several attempts for the development of technologies based on audio and tactile stimuli have been explored to provide real solutions to individuals with this disability. Among them, audio description techniques and Braille devices based on piezoelectric actuation are the most relevant solutions on the market. Nowadays, with all the technological improvements, there is a growing demand for rich communication through touch. Thus switches, buttons and keyboards of most commonly used electrical devices are being replaced by tactile displays, adding new physical barriers and increasing communications difficulties of blind people. New generation of materials, especially soft polymer composites, have been of increased interest in the last few years due to their many attractive properties, which can be tailored on demand to achieve a broad range of requirements. Liquid-crystalline elastomers, LCE, are a clear example. Such materials possess the intrinsic ability to self-organize at molecular level resulting in a controllable and fully reversible change on their dimensions at macroscale in response to applied external stimuli, which can be easily adapted to make actuators producing pulling or pushing forces. The research presented in this thesis describes the main characteristics of LCE materials from engineering point of view and discusses their potential applications as actuators with the main objective to provide innovative solutions towards current tactile available systems, through the design, fabrication and characterization of different actuator approaches based on these interesting elastomeric materials and their photo-induced actuation using visible light. Novel approaches combining material processing techniques and microsystems technology to provide original solutions towards a new generation of smart actuators.

En aquesta tesi, s’introdueix el codi per millorar les Xarxes DTN. Els protocols DTN Store-and-carry-forward ofereixen noves possibilitats en escenaris on hi ha connectivitat intermitent, amples de banda asimètrics, latències prolongades i variables i patrons ambigus de mobilitat. No obstant això, hi ha escenaris on mecanismes actuals DTN no són prou eficaços, per exemple, quan diverses aplicacions han de coexistir. En aquest treball presentem una arquitectura de propòsit general per a aquest tipus d’escenaris basats en la idea de deixar que l’aplicació, per mitjà dels seus missatges, determini el comportament de cada node intermedi. La pedra angular d’aquesta proposta és portar el codi d’algorisme d’enrutament al llarg de cada missatge. La xarxa DTN resultant pot ser utilitzada per diferents aplicacions a la vegada. Aquesta tesi utilitza tres exemples de tres escenaris diferents per mostrar com la nostra arquitectura es pot utilitzar. En primer lloc, una xarxa de propòsit general, multi-aplicació, de nodes mòbil basat en codi mòbil es presenta. Aquest sistema intel·ligent pot treballar en escenaris de DTN. Els nodes mòbils acollen codi mòbil amb les missions de fer tasques i actuen com routers DTN seguint el paradigma store-carry-and-forward. En segon lloc, un nou paradigma - store-carry-procés-and-forward - basat en codi mòbil per millorar la integració de les xarxes de sensors sense fils i computació grid es introduit. En tercer lloc, un escenari d’emergència en què els diferents usuaris, com policies, bombers, metges, infermeres, enginyers o els equips de rescat, entre d’altres, juntament amb els dispositius portàtils, com telèfons mòbils o tauletes, creuen la xarxa interconnectada. Contactes oportunistes permeten que diferents usuaris utilitzar les diferents aplicacions a la xarxa per a fins molt diferents. A més, la proposta es complementa amb una integració basada en extensions de codi del protocol Bundle Protocol. La viabilitat i la usabilitat de l’aplicació de les diferents propostes s’han demostrat i avaluat en comparació amb altres propostes del seu estat de l’art. / In this thesis, we include code in the messages to improve Delay and Disruption Tolerant Networking (DTN) performance. Store-carry-and-forward DTN protocols offer new possibilities in scenarios where there are intermittent connectivity, asymmetric bandwidths, long and variable latency and ambiguous mobility patterns. However, there are scenarios where current DTN mechanisms are not efficient enough, for example when several applications need to coexist. In this study we present a general purpose architecture for this type of scenarios based upon the idea of letting the application, by means of its messages, decide the behavior of every intermediate node. The keystone of this proposal is to carry the routing algorithm code along with every single message. The resulting DTN can be used by different heterogeneous applications simultaneously. This thesis uses three examples of three different scenarios to show how our architecture can be used. Firstly, it presents a general purpose, multi-application mobile node sensor network based on mobile code. This intelligent system can work in DTN scenarios. Mobile nodes host software mobile code with task missions and act as DTN routers following the store-carry-and-forward model. Secondly, it introduces a new paradigm -- \textit{store-carry-process-and-forward} -- based on mobile code to improve the integration of wireless sensor networks and grid computing infrastructures. Thirdly, it describes an emergency scenario in which different users such as policemen, firemen, doctors, paramedics, engineers or rescue teams, among others, along with portable devices such as smart phones or tablets, create the interconnected network. Opportunistic contacts among the different users permit the different applications to employ the network for very different purposes. Additionally, the proposal is complemented by an integration based on code block bundle extensions of the proposed architecture with the DTN Bundle Protocol. The feasibility and usability of the different application proposals are proved and evaluated by comparing its performance with state-of-the-art proposals.

La producció moderna dels mitjans descansa de forma important sobre continguts generats per ordinador, tals com animacions 3D, i efectes visuals digitals. Aquests actius complexos poblen videojocs, pel•lícules, televisió, dispositius mòbils i internet, però crear-los encara és una feina complexa, que requereix molta intervenció humana, té un flux de treball complex i no estàndard, procliu als errors, i demana un esforç important. Aquesta tesi contribueix en dues àrees de contingut generat per ordinador: la investigació inicial es dirigeix a l’automatització de “rigging”, de l’expressió facial emocional i de moviments expressius, i de la generació semiautomàtica de “clips”; a la investigació més recent, basada en un treball extens amb la indústria, la tesi defineix un flux genèric de producció de mitjans generats per ordinador, inclosos processos de producció i un model de “pipeline”, i, a partir d’aquest flux, es mostren i es discuteixen unes aproximacions a l’automatització dels passos més crítics des d’una perspectiva tant industrial com acadèmica. En resum, la tesi contribueix amb un conjunt d’algorismes i eines “familiaritzats” amb el “pipeline”, que ajuden l’usuari en el procés de producció, és a dir, eines intel•ligents. / Modern media production heavily relies on computer generated content, such as 3D animations and digital visual effects. Those complex assets populate videogames, films, television, mobile devices and the Internet, but their creation is still a complex task requiring a lot of human intervention, and with non standard complex workflows, which are prone to errors, and demand more production effort. The thesis contributes in two main areas of computer generated content: the oldest research is geared towards the automation of rigging, of emotional facial expression and emotional movements; and towards semi-automated generation of clips; in the most recent research, based on extensive work with the industry, the thesis defines a generic computer generated media production workflow, including production processes and a sample pipeline, and starting from this workflow, approaches to automate the most critical steps are shown and discussed with both scientific and industry eyes. In summary, this thesis contributes with a series of algorithms and tools that are “aware” of the pipeline, and assist the user in the production process, thus: intelligent tools. / La producción moderna de los medios descansa de forma importante en contenidos generados por ordenador, tales como animaciones 3D, y efectos visuales digitales. Estos activos complejos pueblan los videojuegos, películas, televisión, dispositivos móviles e internet, pero crearlos es aún una faena compleja, que demanda mucha intervención humana, implica un flujo de trabajo complejo no estándar, proclive a errores, y exige un esfuerzo importante. Esta tesi contribuye en dos áreas de contenido generado mediante ordenador: la investigación inicial se dirige a la automatización del “rigging”, de la expresión facial emocional i de movimientos expresivos, i de la generación semiautomática de “clips”; en la investigación más reciente, basada en un trabajo extenso en la industria, la tesis define un flujo genérico de producción de medios generados mediante ordenador, incluyendo procesos de producción y un modelo de “pipeline”, y, a partir de este flujo, se muestran y discuten unas aproximaciones a la automatización de los pasos más críticos desde una perspectiva tanto industrial como académica. En resumen, la tesis contribuye con un conjunto de algoritmos y herramientas “familiarizados” con el “pipeline”, que ayudan al usuario en el proceso de producción, es decir, unas herramientas inteligentes.

In this thesis we tackle two problems, namely, the data interpolation prob- lem in the context of depth computation both for images and for videos, and the problem of the estimation of the apparent movement of objects in image sequences. The rst problem deals with completion of depth data in a region of an image or video where data are missing due to occlusions, unreliable data, damage or lost of data during acquisition. In this thesis we tackle it in two ways. First, we propose a non-local gradient-based energy which is able to complete planes locally. We consider this model as an extension of the bilateral lter to the gradient domain. We have successfully evaluated our model to complete synthetic depth images and also incomplete depth maps provided by a Kinect sensor. The second approach to tackle the problem is an experimental study of the Biased Absolutely Minimizing Lipschitz Extension (biased AMLE in short) for anisotropic interpolation of depth data to big empty regions without informa- tion. The AMLE operator is a cone interpolator, but the biased AMLE is an exponential cone interpolator which makes it more addapted to depth maps of real scenes that usually present soft convex or concave surfaces. Moreover, the biased AMLE operator is able to expand depth data to huge regions. By con- sidering the image domain endowed with an anisotropic metric, the proposed method is able to take into account the underlying geometric information in order not to interpolate across the boundary of objects at di erent depths. We have proposed a numerical model to compute the solution of the biased AMLE which is based on the eikonal operators. Additionally, we have extended the proposed numerical model to video sequences. The second problem deals with the motion estimation of the objects in a video sequence. This problem is known as the optical ow computation. The Optical ow problem is one of the most challenging problems in computer vision. Traditional models to estimate it fail in presence of occlusions and non-uniform illumination. To tackle these problems we proposed a variational model to jointly estimate optical ow and occlusion. Moreover, the proposed model is able to deal with the usual drawback of variational methods in dealing with fast displacements of objects in the scene which are larger than the object it- self. The addition of a term that balance gradient and intensities increases the robustness to illumination changes of the proposed model. The inclusions of a supplementary matches given by exhaustive search in speci cs locations helps to follow large displacements. / En esta tesis se abordan dos problemas: interpolación de datos en el contexto del cálculo de disparidades tanto para imágenes como para video, y el problema de la estimación del movimiento aparente de objetos en una secuencia de imágenes. El primer problema trata de la completación de datos de profundidad en una región de la imagen o video dónde los datos se han perdido debido a oclusiones, datos no confiables, datos dañados o pérdida de datos durante la adquisición. En esta tesis estos problemas se abordan de dos maneras. Primero, se propone una energía basada en gradientes no-locales, energía que puede (localmente) completar planos. Se considera este modelo como una extensión del filtro bilateral al dominio del gradiente. Se ha evaluado en forma exitosa el modelo para completar datos sintéticos y también mapas de profundidad incompletos de un sensor Kinect. El segundo enfoque, para abordar el problema, es un estudio experimental del biased AMLE (Biased Absolutely Minimizing Lipschitz Extension) para interpolación anisotrópica de datos de profundidad en grandes regiones sin información. El operador AMLE es un interpolador de conos, pero el operador biased AMLE es un interpolador de conos exponenciales lo que lo hace estar más adaptado a mapas de profundidad de escenas reales (las que comunmente presentan superficies convexas, concavas y suaves). Además, el operador biased AMLE puede expandir datos de profundidad a regiones grandes. Considerando al dominio de la imagen dotado de una métrica anisotrópica, el método propuesto puede tomar en cuenta información geométrica subyacente para no interpolar a través de los límites de los objetos a diferentes profundidades. Se ha propuesto un modelo numérico, basado en el operador eikonal, para calcular la solución del biased AMLE. Adicionalmente, se ha extendido el modelo numérico a sequencias de video. El cálculo del flujo óptico es uno de los problemas más desafiantes para la visión por computador. Los modelos tradicionales fallan al estimar el flujo óptico en presencia de oclusiones o iluminación no uniforme. Para abordar este problema se propone un modelo variacional para conjuntamente estimar flujo óptico y oclusiones. Además, el modelo propuesto puede tolerar, una limitación tradicional de los métodos variacionales, desplazamientos rápidos de objetos que son más grandes que el tamaño objeto en la escena. La adición de un término para el balance de gradientes e intensidades aumenta la robustez del modelo propuesto ante cambios de iluminación. La inclusión de correspondencias adicionales (obtenidas usando búsqueda exhaustiva en ubicaciones específicas) ayuda a estimar grandes desplazamientos.

En aquesta dissertació es fusionen dos dels temes tradicionals de la Visió per Computador: la segmentació i el seguiment d'objectes. Per a la segmentació s'utilitzen mètodes basats en "Active Contours (AC)" i per al seguiment mètodes basats en "templates" o patrons. El nostre objectiu és combinar-los per tal de crear mètodes robustos i eficients a l'hora de segmentar i seguir objectes articulats o deformables. Al capítol 1 es revisa el marc teòric dels AC i s'aplica en la segmentació de cossos i amenaces (com explosius o pistoles) que estan amagades darrera la roba en imatges MilliMeter-Waves (MMW). Al capítol 2 es revisen dos dels marcs principals de seguiment de patrons: el flux òptic de Lucas-Kanade i els filtres de partícules, i es combinen amb la segmentació mitjançant AC per tal de crear un mètode robust i eficient capaç de seguir objectes articulats o deformables sense informació a priori. Finalment, al capítol 3 es donen les claus per introduir informació a priori d'una manera robusta i eficient dins del marc del seguiment de patrons utilitzant AC. / In this dissertation we fuse two of the traditional topics in Computer Vision: object segmentation and tracking. For segmentation we use the Active Contours (AC) framework and for tracking we use the Template Tracking (TT) scheme. Our aim is to combine them to create efficient and robust methods to segment and track articulated or deformable objects. In Chapter 1, we review the AC framework and we apply it over MilliMeter-Waves (MMW) images to segment bodies and concealed threats (such as explosives or guns) behind their wearing clothes. In Chapter 2 we review two of the main trends of TT methods: Lucas-Kanade optical flow and particle filters. Moreover, we combine them with an AC method to create a robust tracker for articulated or deformable objects without using prior shape information. Finally, in Chapter 3 we give the clues of how to efficiently introduce shape priors into the TT framework using AC methods.

Over the last decade Laptop Orchestras and Mobile Ensembles have proliferated. As a result, a large body of research has arisen on infrastructure, evaluation, design principles and compositional methodologies for Computer Music Ensembles (CME). However, little has been addressed and very little is known about the challenges and opportunities provided by CMEs for creativity in musical performance. Therefore, one of the most common issues CMEs have to deal with is the lack of a systematic approach to handle the implications of the performative paradigms they seek to explore, in terms of their creative constraints and affordances. This is the challenging goal this thesis addresses, and for attaining so it first seeks to find a common ground in the strategies developed for assessing creativity in different performative setups, for later proposing an informed pathway for performative engagement in CMEs. Our research combines an exploratory stage and an experimental stage. The exploratory stage was informed by out artistic praxis with our own CME, the Barcelona Laptop Orchestra. Through the study of the multi-user instruments developed over the past years, we identified the creative constraints and affordances provided by different performative paradigms. Informed by the findings provided by our artistic research, the experimental stage addressed the study of musical creativity through the performance analysis on specifically designed multi-user instruments. For such purpose we proposed a novel computational methodology to evaluate the creative content of a musical performance. Two experiments were conducted to incorporate our computational methodology into ecologically valid scenarios, aimed at a better understanding of the relationship between topologies of interdependence and creative outcome. For both experiments, we captured performance data from ensemble improvisations, from where the creativity metrics were then computed. As a preliminary step, we investigated the performative engagement and sharing of musical ideations in an ensemble scenario. In a further step, we computed the creativity attributes to comparatively evaluate performances under different scenarios. The findings provided quantitative evidence of the differences between musical creativity in individual, ensemble and interdependent scenarios. Additionally, the findings point out what strategies performers adopt to best keep their own musical voice in interdependence scenarios, and what novel creative behaviors may be promoted through new topologies of interdependence. Our findings shed light on the nature of performers’ creative behavior with interdependent multi-user instruments, and show that the introduced methodology can have applications in the broader context of analysis of creativity in musical performance. / Durant la darrera d`ecada les Laptop Orchestras i els Mobile Ensembles han proliferat arreu. Com a conseq¨u`encia d’aix`o, ha aparegut un volum considerable de recerca al voltant de la infraestructura, l’avaluaci´o, els principis de disseny i les metodologies composicionals per ensembles de computadors (CMEs). Tanmateix, poc coneixem dels reptes i oportunitats que els CMEs ens ofereixen respecte de la creativitat en la pr`actica musical. En conseq¨u`encia, un dels reptes que la majoria de CMEs han d’encarar ´es la manca d’una estrat`egia sistem` atica per preveure i abordar les implicacions dels paradigmes performatius a explorar, respecte de les seves limitacions i possibilitats creatives. Aquest ´es el repte que adrecem en aquesta tesi, i per assolir-lo primer tractem d’establir un denominador com´u en les estrat`egies desenvolupades per avaluar la creativitat en diversos entorns performatius, per despr´es proposar un itinerari que permeti assolir una adequada involucraci´o creativa en els CMEs. La nostra recerca ha combinat una fase explorat`oria i una d’experimental. La fase explorat`oria s’ha fonamentat en la praxi art´ıstica duta a terme en el nostre propi CME, la Barcelona Laptop Orchestra. A trav´es de l’estudi dels instruments multi-usuari desenvolupats durant els darrers anys, hem identificat les potencialitats i restriccions presents en diversos paradigmes performatius. Basats en els resultats de la nostra recerca art´ıstica, la fase experimental s’ha centrat en l’estudi de la creativitat musical a trav´es de l’an`alisi interpretatiu en instruments multiusuari desenvolupats a tal efecte. A tal fi, hem proposat una nova metodologia computacional per avaluar el contingut creatiu d’una execuci´o musical. Hem dut a terme dos experiments incorporant la nostra m`etrica en escenaris realistes, a fi de comprendre millor la relaci´o entre topologies d’interdepend`encia i resultat creatiu. Per ambd´os experiments, hem recollit informaci´o d’improvisacions en grup, d’on hem calculat les m`etriques de creativitat. Com a pas previ, hem investigat en grau d’involucraci´o i la compartici´o d’ideacions musicals en escenaris col lectius. Tot seguit, hem calculat els atributs de creativitat per comparar execucions musicals en diferents escenaris. Els resultats proporcionen una evid`encia quantitativa de la difer`encia entre la creativitat musical en escenaris d’execuci´o musical individual, en grup i interdependent. Addicionalment, ens il lustren quines estrat`egies adopten els m´usics per mantenir la seva pr`opia individualitat musical en escenaris d’interdepend`encia, i quins nous comportaments creatius podem promoure a trav´es de noves topologies d’interdepend`encia. Els resultats obtinguts aporten nova llum en la natura del comportament creatiu dels m´usics amb instruments multi-usuari interdependents, i mostren que la metodologia presentada pot tenir aplicacions en el context m´es ampli de l’an`alisi de la creativitat musical en l’execuci´o musical.