Este trabalho tem por objetivo o estudo de dispersão de pulsos ultracurtos em estruturas metamateriais para a faixa de micro-ondas. Como é bem sabido, os metamateriais são estruturas altamente dispersivas em qualquer faixa de frequências. Essas características dispersivas são normalmente tratadas como deletérias para a propagação de pulsos. Entretanto, nesta dissertação é demonstrado que essas mesmas características podem produzir efeitos benéficos em certas aplicações. Para isso é realizada uma análise teórica detalhada das características de dispersão de células metamateriais de diferentes geometrias. Adicionalmente, é investigada a propagação de um pulso gaussiano em meios metamateriais infinitos com o objetivo de melhor compreender fenomenologia por trás dos efeitos de dispersão nesses materiais. É também apresentado um novo procedimento de homogeneização de metamateriais que permite descrever estes meios de maneira mais precisa e com menor custo computacional que métodos encontrados na literatura. Esse método é baseado em modelos materiais conhecidos, como os de Lorentz e Drude. Este trabalho também apresenta uma nova abordagem para compressão de pulsos e compensação de dispersão por meio da propagação de pulsos de micro-ondas chirpados em metamateriais no regime de refração negativa. Para conseguir esse efeito, são investigadas placas de metamateriais com espessuras de 1, 3, 5 e 7 células metamateriais utilizando o método das diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD) juntamente com técnicas de extração de parâmetros. É demonstrado que com o controle do chirp inicial do pulso, em associação com a densidade/geometria das células metamateriais e de sua resposta em frequência, é possível não só compensar o alargamento temporal desses pulsos devido à dispersão cromática como também realizar a compressão temporal por um fator de 2. / The goal of this work is to study the dispersion of ultra-short microwave pulses in metamaterials structures. It is well known that metamaterials are highly dispersive structures in any frequency range. These dispersive characteristics are normally treated as deleterious to pulse propagation. However, in this dissertation it is demonstrated that these characteristics can produce beneficial effects in certain applications. This assertion is addressed through a theoretical analysis of the dispersion of metamaterials cells of different geometries. In addition, it is investigated the propagation of a gaussian pulse through an infinite homogeneous metamaterial structure aiming at improving our understanding of the phenomenology behind dispersion effects in such media. It is also presented a new homogenization procedure for metamaterials that allows these media to be described in a more realistic manner and with computational cost lower than those currently found in the literature. This procedure is based on well known material models, such as Drude and Lorentz models. This work also introduces an efficient technique for pulse compression and dispersion compensation via propagation of chirped microwave pulses through metamaterials in the negative refraction regime. To accomplish this, it is investigated infinitely wide metamaterial slabs with thicknesses of 1, 3, 5, and 7 cells with a finite difference in time domain method together with a parameter extraction technique. It is demonstrated that by controlling the chirp of the initial pulse, in association with the metamaterial cell density/geometry and frequency response, it is possible not only to compress the pulse (by a factor of 2), but also to compensate pulse broadening due to chromatic dispersion.

Este trabalho tem por objetivo o estudo de dispersão de pulsos ultracurtos em estruturas metamateriais para a faixa de micro-ondas. Como é bem sabido, os metamateriais são estruturas altamente dispersivas em qualquer faixa de frequências. Essas características dispersivas são normalmente tratadas como deletérias para a propagação de pulsos. Entretanto, nesta dissertação é demonstrado que essas mesmas características podem produzir efeitos benéficos em certas aplicações. Para isso é realizada uma análise teórica detalhada das características de dispersão de células metamateriais de diferentes geometrias. Adicionalmente, é investigada a propagação de um pulso gaussiano em meios metamateriais infinitos com o objetivo de melhor compreender fenomenologia por trás dos efeitos de dispersão nesses materiais. É também apresentado um novo procedimento de homogeneização de metamateriais que permite descrever estes meios de maneira mais precisa e com menor custo computacional que métodos encontrados na literatura. Esse método é baseado em modelos materiais conhecidos, como os de Lorentz e Drude. Este trabalho também apresenta uma nova abordagem para compressão de pulsos e compensação de dispersão por meio da propagação de pulsos de micro-ondas chirpados em metamateriais no regime de refração negativa. Para conseguir esse efeito, são investigadas placas de metamateriais com espessuras de 1, 3, 5 e 7 células metamateriais utilizando o método das diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD) juntamente com técnicas de extração de parâmetros. É demonstrado que com o controle do chirp inicial do pulso, em associação com a densidade/geometria das células metamateriais e de sua resposta em frequência, é possível não só compensar o alargamento temporal desses pulsos devido à dispersão cromática como também realizar a compressão temporal por um fator de 2. / The goal of this work is to study the dispersion of ultra-short microwave pulses in metamaterials structures. It is well known that metamaterials are highly dispersive structures in any frequency range. These dispersive characteristics are normally treated as deleterious to pulse propagation. However, in this dissertation it is demonstrated that these characteristics can produce beneficial effects in certain applications. This assertion is addressed through a theoretical analysis of the dispersion of metamaterials cells of different geometries. In addition, it is investigated the propagation of a gaussian pulse through an infinite homogeneous metamaterial structure aiming at improving our understanding of the phenomenology behind dispersion effects in such media. It is also presented a new homogenization procedure for metamaterials that allows these media to be described in a more realistic manner and with computational cost lower than those currently found in the literature. This procedure is based on well known material models, such as Drude and Lorentz models. This work also introduces an efficient technique for pulse compression and dispersion compensation via propagation of chirped microwave pulses through metamaterials in the negative refraction regime. To accomplish this, it is investigated infinitely wide metamaterial slabs with thicknesses of 1, 3, 5, and 7 cells with a finite difference in time domain method together with a parameter extraction technique. It is demonstrated that by controlling the chirp of the initial pulse, in association with the metamaterial cell density/geometry and frequency response, it is possible not only to compress the pulse (by a factor of 2), but also to compensate pulse broadening due to chromatic dispersion.

Ces dernières années la diffusion vidéo "de salon" a connu trois transitions majeures : la compression vidéo aévolué de la norme MPEG2 à la norme h.264, les écrans à tube cathodique ont disparu du marché des téléviseurs quiest actuellement dominé par les écrans à cristaux liquides (LCD) et pour nir le format haute-définition (1280x720pixels ou 1920x1080) supplante de plus en plus le format SD (576x720). Ces évolutions ont modifié l'importancedes différents types de défauts de compression pour la perception de la qualité d'une vidéo. Les défauts majeursde compression vidéo sont désormais le ou et les défauts temporels. Le terme défaut temporel regroupe ici lavariation temporelle de défauts spatiaux comme l'effet de bloc et des défauts spécifiquement temporels comme lebruit de moustique.Nous nous sommes tout d'abord focalisés sur la correction du bruit de moustique. Le correcteur que nousproposons, le TVIF, est adapté aux trois caractéristiques de ce défaut : faible amplitude par rapport au contenulocal, proximité des contours et variation temporelle. Nous avons évalué l'efficacité de notre correcteur avec desmétriques objectives mais, celles-ci ne permettant pas de conclure sur les performances de notre ltre, nousavons organisé une expérience subjective de qualité. Les données recueillies lors de cette expérience indiquentque les observateurs perçoivent notre filtre comme une amélioration et que la version spatio-temporelle de notrecorrecteur est préférée à sa version spatiale. Reboucler sur les évaluations objectives nous permet de conclure queles métriques objectives ne mesurent pas adéquatement la correction du bruit de moustique, ni l'apport de lacorrection spatio-temporelle par rapport à la correction spatiale.Nous avons ensuite organisé une expérience couplant évaluation de qualité (globale et temporelle) et enregistrementsdes positions oculaires des observateurs. Cette expérience nous permet de spécifier plusieurs pointsutiles pour réaliser une métrique objective de qualité temporelle. Par exemple, le défaut le plus gênant pour laperception de la qualité globale est la variation d'effet de bloc, qui doit donc être la priorité d'une métrique dequalité temporelle. L'analyse des mouvements oculaires des observateurs en tâche libre, tâche de qualité globaleet tâche de qualité temporelle montre, entre autres, que la qualité de la vidéo diffusée n'a pas d'influence visiblesur les endroits regardés par les participants mais influence fortement la durée des fixations. / Home video has gone through three major transitions within the past years: from the MPEG2 videocompression norm to the h.264 one, from cathode ray tube screens to liquid crystal display screens andfrom standard definition (576x720) to High-Definition (1280x720 or 1920x1080). Those changes havemodified the importance of each type of compression artifacts for quality assessment, relatively to oneanother. The two main compression artifacts are currently blur and temporal defects, including under thisterm temporal variations of spatial defects and artifacts specifically temporal such as mosquito noise.We first focused on filtering mosquito noise and presented the TVIF, a corrector adapted to this noise:small amplitude compared to the nearest edge, proximity to edges and variation through time. We firsttried to use objective quality metrics to assess the performance of our corrector. As it proved to beinconclusive, we set up a subjective experiment which showed that observers perceived our corrector asan enhancement and that they preferred the spatio-temporal correction to the spatial one. Going backover objective evaluations with the subjective ones showed that the metrics we used correctly assessneither the correction nor the gain in quality of the spatio-temporal correction over the spatial one.We then set up an experiment combining quality evaluation (both global and temporal) and recordings ofeye movements. The aim of this experiment is to specify some key points for designing an objectivetemporal quality metric. One example is that observers found that temporal variations of blocking effectare the most annoying defect global quality and, as such, should be the main focus of a temporal qualitymetric. Analysis of eye-movements of observers during free task, global quality task and temporal qualitytask shows, among other things, that quality has no visible influence on the places observers watch buthighly influences the duration of fixations. The evolutions over time of all the oculomotor parameters(saccades speed, fixation locations and durations) are similar for the three tasks during the first 1 or 2seconds of the videos and that the differences between tasks appear later on. It seems that the task toassess video quality plays a role afterwards on the deployment of visual attention.