Thesis (Ph.D.)--Washington State University, December 2005. / Includes bibliographical references (p. 79-85).

Thesis (Ph.D.)--McMaster University, 2003. / Advisor: James P. Reilly. Includes bibliographical reference (leaves 142-151). Also available via World Wide Web.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2005. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 124-137).

Thesis (Ph. D.)--University of Rhode Island, 2006. / Includes bibliographical references (leaves 99-100).

L'arrivée massive d'écrans LCD dits de haute-définition sur le marché, entraîne un besoin acru d'algorithmes d'augmentation de résolution pour l'affichage d'images ou de vidéos dont la résolution est inférieure à celle de l'écran. Nous proposons un schéma novateur d'interpolation d'images, basée sur une analyse multirésolution de la direction des contours. Le but de cette approche est de corriger les artefacts classiques d'interpolation qui apparaissent lorsque des méthodes habituelles sont utilisées (bilinéaire, bicubique), tout en évitant l'apparition des artefacts engendrés par la plupart des méthodes d'interpolation directionnelle. Notre estimation d'orientation de contours, basée sur une division de l'image originale en quadtree et une étude fréquentielle des contours est comparée à deux méthodes faisant référence dans l'état de l'art (transformée de Radon et algorithme de projection utilisé pour la création des bandelettes). Cette comparaison permet d'étudier les comportements de chaque méthode en vue d'une application à des images naturelles. Par la suite, l'interpolation en elle-même est introduite. Elle est basée sur l'utilisation d'un noyau d'interpolation isotrope (cubic-spline), qui est corrigée grâce à un filtrage Gaussien localement orienté dans la direction des contours. Les régions ne contenant pas de contour sont préservées grâce à la création d'un masque construit à partir de filtres de Gabor. Enfin, les résultats de notre interpolation sont comparés à des méthodes d'interpolation directionnelle récentes, afin d'illustrer les bonnes performances de notre algorithme sur des images naturelles de natures variées. / The recent success of high definition screens has increased the need of interpolation algorithms, to display images or videos which resolution is smaller than the screen resolution. We propose a new image interpolation process, based on a multiresolution edge orientation analysis. The goal of this technique is to correct usual artifacts that appear on edges when classical interpolation methods are used (bilinear, bicubic), without introducing new artifacts that are often produced by directional interpolations. Our orientation estimation, based on a quadtree division and a multiresolution approach is evaluated and compared to two other state-of-the-art methods (Radon transform, and the projection method used in the Bandlet transform algorithm), to study its advantages in the context of an application to natural images. Then, we introduce our interpolation technique, based on an isotropic reference interpolation (cubic-spline) that is corrected by a two-dimension Gaussian filter, locally oriented in the direction of the edge. Edge-free regions are preserved with a Gabor mask that is built to protect pixels which do not need any correction. Finally, our results are compared to recent state-of-the-art directional interpolations to illustrate the good performance of our algorithm on various contents of natural images.

The components necessary to propagate a synthetic ionic signal are described, and experiments leading to the required experimental system are the focus of this work. Two thiol-derivatized fluorescent probe molecules were synthesized that balanced both electrochemical and fluorescent properties necessary for trace analysis. Self-assembled monolayers (SAMs) of 11-(1-1’-biphenyl-4-yloxy)-1-undecanethiol were formed on Au/glass slides by open-circuit incubation and potential-assisted adsorption methods. A potentiostat was built capable of producing current responses on the microsecond time-scale. Monolayer integrity was established by two methods: cyclic voltammetry and chronoamperometry. Monolayers formed under potential-assisted adsorption conditions showed attenuation of the peak current due to Fe(CN)6 3−/4− redox probe in cyclic voltammetry, indicating a tightly packed monolayer. Chronoamperometric studies also confirmed the monolayer integrity by fitting the current response of a potential-step to an equivalent circuit. The chronoamperometric study was dependent on solvent and electrolyte. In water, the difference between bare Au and monolayer protected Au was large, whereas in DMF, the difference was negligible. Likewise, the use of tetra-butyl ammonium hexafluorophosphate as the electrolyte showed little difference between bare Au and monolayer protected Au. The electrochemical reduction of the SAMs was done in various solvents and electrolytes and the products were analysed by HPLC with fluorescent detection. Along the series of solvents from water to MeCN to DMF the current efficiencies for release increased but still were very low. In water and MeCN, the thiol was the sole detectable product, while in DMF, the sole detected product was the disulfide. Reproducibility of release was poor in MeCN and water, probably due to the low solubility of the thiol. Single-channel analysis of two acyclic bola-amphiphiles (diester and diamide) was done to establish their feasibility as components of a synthetic signal propagation system. Channels from the diester derivative have a Na+ conductance of 10.2 pS and a Cs+ conductance of 39.3 pS. Channels from the diester have a Cs+/Na+ permeability ratio of 4.7, Cs+/Cl- permeability ratio of 7.5 and a Na+/Cl- permeability ratio of 3.1. Channels of the diester bola-amphiphile have two lifetimes; 117 ms and 842 ms at -100 mV, 1 M CsCl electrolyte and DiPhyPC lipid at 25 °C. Similarly, Channels from the diamide derivative have a Na+ conductance of 10.3 pS and a Cs+ conductance of 38.9 pS. Chaimels of the diamide have a Cs+/Na+ permeability ratio of 5.2, Cs+/Cl- permeability ratio of 7.2 and a Na+/Cl- permeability ratio of 2.1. The diamide bola-amphiphile channels have a lifetime of 277 ms at +100 mV, 1 M CsCl electrolyte and DiPhyPC lipid at 25 °C. Both channels show a regular non-uniform step-conductance pattern. The sublevel openings, when graphically represented with lifetime data, show the trend that the lower conductance states of one-level openings are also the shorter-lived channels. A traceless linker to release alcohols from a gold surface was developed. Thiobutyric acid was found to undergo intramolecular thiolactone formation after electrochemical reduction from an Au-electrode to liberate the alcohol. A thiobutyric ester at the C-terminus of gramicidin was synthesized. This compound released gramicidin by chemical reduction with DTT as seen by HPLC analysis and MALDI TOF MS. The electrochemical release of the Au-immobilized thiobutyric ester of gramicidin adjacent to a lipid bilayer, as monitored by bilayer clamp technique, produced an increase in channel activity that is consistent with incorporation of gramicidin. / Graduate

Wireless communication today is a modern way to transport data from one location to another. One of the drawbacks of this feature is that a signal jammer can disrupt communications between the receiver and transmitter since the radio waves travel in the open air. This drawback can be exploited in both military and civilian applications. This thesis will aim on how to locate this kind of transmitting signal jammer over an open field using an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) that searches the designated area with the assumption of line of sight between the UAV and the transmitting jammer. Two different methods will be investigated with different techniques, antennas and flight patterns. / Trådlös kommunikation idag är den moderna tidens sätt att transportera data från en plats till en annan. En nackdel med det är att en störsändare kan förhindra kommunikation mellan den sändande och mottagande antennen. Denna nackdel kan utnyttjas både inom militära och civila tillämpningar. Detta examensarbete undersöker två metoder för att lokalisera en störsändare över ett öppet fält med hjälp av en drönare, då fri sikt råder mellan drönare och störsändare. Dessa två olika metoder är baserade på olika tekniker, antenner och flygmönster.

Cette thèse est composée de deux axes de recherche. Le premièr, plutôt méthodologique, consiste de nos efforts pour répondre à des questions ouvertes dans la communauté de RSO polarimétrique, tandis que le second est plutôt lié à l'application spécifique - le télédétection du manteau neigeux.Suite à la modélisation statistique alternative des images RSO multivariées et haute- ment texturées, par le modèle SIRV, nous proposons d'abord une évaluation appropriée des paramètres de circularité et sphéricité, autrement à priori présumés. La dernière est accouplée avec le test de symétrie sphérique, ce qui forme une méthode pour l'évaluation de pertinence de modèle statistique SIRV dans le contexte de données RSO polarimétriques. Compte tenu du taux de réjection, cela parait justifié de mettre en question les hypothèses de circularité et sphéricité, alors que la pertinence de modèle SIRV doit être soupçonnée dans les régions caractérisées par la diffusion déterministe forte. En suite, comme le point culminant de cette thèse, nous proposons une décomposition incohérente de cible polarimétrique, basée sur l'ACI et fondée sur l'hypothèse de non-Gaussianité du clutter RSO polarimétrique. En exploitant l'information contenue dans les ordres statistiques supérieurs, cette décomposition donne à la sortie un ensemble de vecteurs de cible, qui sont mutuellement indépendants (plutôt que seule- ment décorrélés) et non-orthogonaux. Contrairement à la première composant dominante, qui parait presque identique à l'une estimée par le homologue conventionnel, la deuxième com- posante dominante diffère significativement, ce qui représente un potentiel additionnel pour l'interprétation des données RSO polarimétriques.Dans le contexte appliqué, la première contribution présentée serait une approche stochas- tique pour la cartographie du manteau neigeux au moyen de données RSO multi-temporelles. Les apports les plus notables de la méthode présentée à l'ensemble de techniques de la détec- tion de changements dans la cartographie du manteau neigeux, sont l'hypothèse modifiée du ratio de rétrodiffusion entre la neige sèche et la neige humide, aussi que la corrélation spatiale entre les régions de la neige humide, introduite en impliquant la statistique locale de speckle dans le processus de décision. Finalement, nous présentons la méthode non-autonome pour l'estimation spatiale de l'équivalent en eau de la neige (EEN), basée sur des données optiques. En utilisant avec succès des données de télédétection dans la calibration du modèle EEN externe, on essaie de démontrer l'utilité et la nécessite du télédétection dans la surveillance du manteau neigeux. / This thesis comprises two research axes. The first, being rather methodological, consists of our efforts to answer some of the open questions in the POLSAR community, while the latter is sooner related to the specific application - the remote sensing of snow.Following the alternative statistical modelling of highly textured multivariate SAR datasets by means of SIRV model, we propose the appropriate assessment of, otherwise assumed, cir- cularity and sphericity parameters. The last is coupled with the spherical symmetry test, forming a method for the evaluation of SIRV statistical model suitability in the context of POLSAR data. Given the rejection rate, challenging circularity and sphericity appears to be justified, while SIRV model pertinence must be doubted in the regions characterized by strong deterministic scattering. Further on, as the highlight of this thesis, we propose a po- larimetric incoherent target decomposition, based on ICA and founded on the hypothesis of non-Gaussianity of POLSAR clutter. By exploiting the information contained in the higher statistical orders, this decomposition provides at the output a set of mutually independent (rather than only decorrelated), non-orthogonal target vectors. Unlike the first dominant com- ponent, which is nearly identical to the one estimated by the conventional ICTD counterpart, the second dominant component differs significantly, which, as we anticipate, represents an additional potential for the POLSAR datasets interpretation.In the applied context, the first presented contribution would be a stochastic approach in snow mapping by means of multitemporal SAR datasets. The most notable supplements of the presented method to the ensemble of change detection techniques in snow mapping are the plausibly modified assumption of the wet/dry snow backscattering ratio and implicitly introduced spatial correlation between wet snow areas, achieved by directly implicating local speckle statistics in the decision process. Finally, we present the non-autonomous method for SWE spatial estimation, based on optical datasets. By successfully involving the remote sensing datasets in the calibration of the external SWE model, we seek to demonstrate the utility and the necessity of the former in the snow pack monitoring. / Ova teza podrazumijeva dva pravca istraživanja. Prvi, metodološki, predstavlja naše naporeda odgovorimo na neka od otvorenih pitanja u POLSAR zajednici, dok je drugi vezan zaspecifičnu aplikaciju - teledetekciju sniježnog pokrivača.Uzevši u obzir alternativno statističko modelovanje multivarijantnih SAR slika visoke rezolucijekoristeći SIRV model, mi predlažemo odgovarajuću estimaciju, uostalom pretpostavljenihparametara cirkularnosti i sfernosti. Integrišući posljednju u test sferne simetrije, formiranje metod za evaluaciju prikladnosti statističkog modela SIRV u kontekstu POLSAR slikavisoke rezolucije. Posmatrajući stopu odbacivanja, sumnja u opravdanost pretpostavke cirkularnostii sfernosti se čini opravdanom, dok pogodnost SIRV modela mora biti preispitana uregionima koje karakteriše jako determinističko elektromagnetno rasijanje. U nastavku, kaoprimarni doprinos ove teze, predlažemo polarimetrijsku nekoherentnu dekompoziciju mete,koja je bazirana na ICA metodu i zasnovana na hipotezi o otklonu od Gausove prirode POLSARclutter -a. Eksploatišući informaciju sadržanu u višim statističkim redovima, predloženadekompozicija daje na izlazu set međusobno nezavisnih (prije nego samo nekorelisanih), neortogonalnihvektora mete. Za razliku od prve dominante komponente, koja je skoro identičnakomponenti estimiranoj koristeći konvencionalnu ICTD metodu, druga dominanta komponentase značajno razlikuje, što predstavlja dodatan potencijal u interpretaciji POLSAR slika.Prvi prezentovani doprinos u primijenjenom kontekstu bio bi stohastički metod za mapiranjesniježnog pokrivača baziran na multitemporalnom setu SAR slika. Najznačajniji priloziprezentovane metode grupi tehnika "detekcije promjene" u mapiranju sniježnog pokrivača suopravdano promijenjena pretpostavka o količniku povratnog rasijanja djelimično otopljenog isuvog snijega, kao i implicitno uvedeno prostorna korelacija između regiona djelimično otopljenogsnijega, postignuta direktnim uvođenjem lokalne statistike speckle šuma u proces odlučivanja.Konačno, predlažemo neautonomni metod za prostornu estimaciju SWE parametra,zasnovan na optičkim slikama. Uspješno inflitrirajući teledetekciju u kalibraciju eksternogSWE modela, imamo za cilj demonstrirati njenu korisnost i neophodnost u monitoringu sniježnogpokrivača.

Cette thèse s'inscrit dans le contexte de l'analyse/transformation/synthèse des signaux audio utilisant des représentations temps-fréquence, de type transformation de Gabor. Dans ce contexte, la complexité des transformations permettant de relier des sons peut être modélisée au moyen de multiplicateurs de Gabor, opérateurs de signaux linéaires caractérisés par une fonction de transfert temps-fréquence, à valeurs complexes, que l'on appelle masque de Gabor. Les multiplicateurs de Gabor permettent deformaliser le concept de filtrage dans le plan temps-fréquence. En agissant de façon multiplicative dans le plan temps-fréquence, ils sont a priori bien adaptés pour réaliser des transformations sonores telles que des modifications de timbre des sons. Dans un premier temps, ce travail de thèses intéresse à la modélisation du problème d'estimation d'un masque de Gabor entre deux signaux donnés et la mise en place de méthodes de calculs efficaces permettant de résoudre le problème. Le multiplicateur de Gabor entre deux signaux n'est pas défini de manière unique et les techniques d'estimation proposées de construire des multiplicateurs produisant des signaux sonores de qualité satisfaisante. Dans un second temps, nous montrons que les masques de Gabor contiennent une information pertinente capable d'établir une classification des signaux,et proposons des stratégies permettant de localiser automatiquement les régions temps-fréquence impliquées dans la différentiation de deux classes de signaux. Enfin, nous montrons que les multiplicateurs de Gabor constituent tout un panel de transformations sonores entre deux sons, qui, dans certaines situations, peuvent être guidées par des descripteurs de timbre / Analysis/Transformation/Synthesis is a generalparadigm in signal processing, that aims at manipulating or generating signalsfor practical applications. This thesis deals with time-frequencyrepresentations obtained with Gabor atoms. In this context, the complexity of a soundtransformation can be modeled by a Gabor multiplier. Gabormultipliers are linear diagonal operators acting on signals, andare characterized by a time-frequency transfer function of complex values, called theGabor mask. Gabor multipliers allows to formalize the conceptof filtering in the time-frequency domain. As they act by multiplying in the time-frequencydomain, they are "a priori'' well adapted to producesound transformations like timbre transformations. In a first part, this work proposes to model theproblem of Gabor mask estimation between two given signals,and provides algorithms to solve it. The Gabor multiplier between two signals is not uniquely defined and the proposed estimationstrategies are able to generate Gabor multipliers that produce signalswith a satisfied sound quality. In a second part, we show that a Gabor maskcontain a relevant information, as it can be viewed asa time-frequency representation of the difference oftimbre between two given sounds. By averaging the energy contained in a Gabor mask, we obtain a measure of this difference that allows to discriminate different musical instrumentsounds. We also propose strategies to automaticallylocalize the time-frequency regions responsible for such a timbre dissimilarity between musicalinstrument classes. Finally, we show that the Gabor multipliers can beused to construct a lot of sounds morphing trajectories,and propose an extension

Nous proposons l’innovation «TR-NEWS retardée» comme une extension des méthodes TR-NEWS,issues de la symbiose du retournement temporel (RT) et des méthodes de spectroscopie d’ondes élastiques non linéaires (NEWS), avec pour principales applications le contrôle non destructif (CND) et l’imagerie ultrasonore médicale. Nous confirmons expérimentalement les bonnes performances des méthodes TR-NEWS pour : (i) des échantillons de composite CFRP aux propriétés dispersives ultrasonores autour de 10 MHz, favorisant ainsi la réverbérabilité de la propagation acoustique; (ii) des mesures de propriétés non classiques de la peau porcine par une instrumentation multi-échelles acousto-mécanique élaborée dans le cadre du projet PLET(Propriétés Locales Visco-Élastiques de la peau par TR-NEWS) financé par la Région Centre Val de Loire. via les simulations numériques 1D pseudo spectrales de propagations acoustiques non linéaires dans les CFRP, nous identifions et localisons les sources locales de défauts et de microendommagements. Elles valident l’identification d’un crack unique proche de la zone de focalisation. La non linéarité supposée de type contact acoustique (CAN),mesurée par «TR-NEWS retardée»et comparée aux techniques classiques d’inversion d’impulsion utilisées en imagerie médicale, permet une identification préservant la représentation temporelle de l’information. Ainsi, ce système d’instrumentation acousto-mécanique envisage la mesure de paramètres multi-échelles de non linéarité des tissus biologiques via les paramètres de Preisach-Mayergoyz (espaces PM) permettant de décrire leur vieillissement. Le chargement basse fréquence uniaxial (0.1-10Hz) synchronisé aux caractérisations ultrasonores haute fréquence (20MHz) via «TR-NEWS retardé» suggère une nouvelle classe de dispositifs dotée d’une perspective de multimodalité dédiée à l’imagerie ultrasonore non invasive des propriétés biomécaniques des organismes vivants. / In this thesis the possibility of nonlinear ultrasonic NDT is investigated for complex materials and biological tissues. The delayed TR-NEWS signal processing methodis developed, which is based on the TR-NEWS method. TR-NEWS is a method well-suited for materials with complex structure: it allows spatio-temporal focusing of a long ultrasonic chirp signal to the region near the receiving transducer, forming an impulse pulse. The received signal power and SNR are increased as a result.Delayed TR-NEWS allows the use of this focused wave pulse as a new basis for either the signal optimisation or, alternatively, for the detection of nonlinearity by the breakdown of linear superposition. This method is used in physical experiments and simulations. The physical experiments are made on an undamaged CFRP block and a porcine skin sample. The skin is tested in a synchronised acoustomechanical setup specially designed in the course of this thesis. In 1D pseudospectral simulations for CFRP, it is determined that while classical nonlinearity cannot probably be detected in ultrasonic NDT, it could be possible to detect nonclassical nonlinear effects such as those from cracks and microdamage.Physical experiments and 2D FEM simulations of linear, undamaged CFRP are compared for studying the delayed TR-NEWS method, its applicability in optimising the focused wave, and also for creating an interaction of waves at the focusing region with a linear superposition prediction. This suggests the possibility of detecting nonlinearities by comparing the actual signal from interaction to the linear prediction.Finally, more 2D simulations are conducted for CFRP with a single contact gap nonlinearity near the focusing region. The nonlinearity is measured by PI and delayed TR-NEWS. It is determined that delayed TR-NEWS is able to detect the defect at least as well as the PI method. It is ascertained that the PM hysteresis model could describe the nonclassical nonlinearity of damaged materials and biological tissues. Asynchronised acoustomechanical test setup is created to test such multiscale nonlinearity. The simultaneous mechanical load test and ultrasonic delayed TR-NEWS test can be used to measure the mechanical properties of skin