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Development and Evaluation of New Methods for Automating Experiments with C. Elegans Based on Active VisionPuchalt Rodríguez, Joan Carles 10 March 2022 (has links)
Tesis por compendio / [ES] Esta tesis se centra en el desarrollo de nuevas técnicas automatizadas que permiten inspeccionar nematodos Caenorhabidits elegans (C. elegans) en placas de Petri estándar, para el análisis de sus comportamientos. C. elegans es un nemátodo de 1mm de longitud, con el cual se pueden realizar distintos experimentos para analizar los efectos de fármacos, compuestos o alteraciones genéticas en su longevidad, su salud física o su cognición. El campo principal metodológico del presente trabajo para el análisis de esos efectos es la visión por computador; y con ello, el desarrollo completo del sistema de visión activo: sistema de iluminación inteligente, sistema de captura óptimo, procesamiento de las imágenes para detección y clasificación de nematodos. Los campos secundarios en esta investigación son el control y robotización.
Los C. elegans son animales sensibles a la luz y por ello el primero de los métodos está en la rama de la iluminación inteligente, con el cual se permite regular la intensidad y las longitudes de onda de la luz que reciben los nematodos. El siguiente método es el procesado para la detección y clasificación de movimiento a partir de las imágenes obtenidas con esa iluminación controlada. Tener el ambiente controlado es fundamental, los nematodos son muy sensibles a las condiciones ambientales por lo que puede alterarse su actividad biológica, y con ello los resultados, así que el tercer método es la integración de las técnicas en un nuevo dispositivo que permite automatizar ensayos de lifespan y validar los resultados automáticos comparándolos con los manuales. El movimiento del animal es clave para poder realizar inferencias estadísticas que puedan mostrar tendencias en sus comportamientos, por ello la estimulación automatizada que provoque una reacción de su movilidad es el cuarto de los métodos. Por último, el aumento de la resolución en las imágenes muestra mayor detalle, mejorando el procesamiento y extracción de características. El quinto método es un robot multivista que posibilita tomar imágenes a distintas resoluciones, lo que permite mantener el seguimiento global de los gusanos, al mismo tiempo que se toman imágenes con un encuadre de mayor detalle del nematodo objetivo. / [CA] Esta tesi doctoral se centra en el desentrollament de noves tècniques automatitzades que permeten inspeccionar nemàtodes Caenorhabidits elegans (C. elegans) en plaques de Petri estàndar, per a l'anàlisi dels seus comportaments. C. elegans és un nemàtode d'1mm de llargària, ab el qual se poden realitzar distints experiments per a analitzar els efectes de fàrmacs, composts o alteracions genètiques en sa longevitat, la seua salut física o la seua cognició. El camp principal metodològic del present treball per a l'anàlisi d'eixos efectes és la visió per computador; i ab açò, el desentrollament complet del sistema de visió actiu: sistema d'il.luminació inteligent, sistema de captura òptim, processament de les imàtgens per a detecció i classificació de nematode. Els camps secundaris en esta investigació són el control i robotització.
Els C. elegans són animals sensibles a la llum i por ello el primer dels mètodes està en la branca de la il.luminació intel.ligent, ab el qual es permet regular la intensitat i les longituds d'ona de la llum que reben els nematodes. El següent mètode és el processat per a la detecció i classificació de moviment a partir de les imàtgens obtinguda ab eixa il.luminació controlada. Tindre l'ambient controlat és fonamental, els nemàtodes són molt sensibles a les condicions ambientals per lo que pot alterar-se la seua activitat biològica, i ab aço els resultats, aixina que el tercer mètode és la integració de les tècniques en un nou dispositiu que permet automatitzar ensajos de lifespan i validar els resultats automàtics comparant-los ab els manuals. El moviment de l'animal és clau per a poder realitzar inferencies estadístiques que puguen mostrar tendències en el seus comportaments, per això la estimulació automatitzada que provoque una reacció de la seua mobilitat és el quart dels mètodes. Per últim, l'augment de la resolució en les imàtgens mostra major detall, millorant el processament i extracció de característiques. El quint mètode és un robot multivista que possibilita prendre imàtgens a distintes resolucions, lo que permet mantindre el seguiment global dels cucs, al mateix temps que se prenguen imàtgens ab un enquadrament de major detall del nematode objectiu. / [EN] This thesis focuses on the development of new automated techniques that allow the inspection of Caenorhabidits elegans nematodes (C. elegans) in Petri dishes, for the analysis of their behavior. This nematode is a 1mm long worm, with which different experiments can be carried out to analyze the effects of drugs, compounds or genetic alterations on its longevity, physical health or cognition. The main methodological field of the present work for the analysis of these effects is computer vision; and with it, the complete development of the active vision system: intelligent lighting system, optimal capture system, image processing for detection and classification of nematodes. The secondary fields in this research are control and robotization.
C. elegans are light-sensitive animals and therefore the first method is in the field of intelligent lighting, with which it is possible to regulate the intensity and wavelength of the light that nematodes receive. The next method is the processing for the detection and classification of movement from the images obtained with that controlled lighting. Having a controlled environment is essential, worms are very sensitive to environmental conditions so it can alter biological activity, and with it the results, so the third method is the integration of techniques in a new device that allows automating tests of lifespan and validate the automatic results comparing them with the manual ones. The movement of the animal is key to be able to carry out statistical conferences that can show trends in its behaviors, therefore the automated stimulation that causes a reaction of its mobility is the fourth of the methods. Finally, increasing the resolution in the images shows greater detail, improving the processing and extraction of features. The fifth method is a multiview robot that enables images to be taken at different resolutions, allowing global tracking of worms to be maintained, while at the same time taking images with a more detailed frame of the target worm. / Puchalt Rodríguez, JC. (2022). Development and Evaluation of New Methods for Automating Experiments with C. Elegans Based on Active Vision [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181359 / Compendio
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Sistema inteligente de iluminação de estado sólido com controle remoto e análise de parâmetros da rede elétricaSoares, Guilherme Marcio 25 June 2014 (has links)
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Previous issue date: 2014-06-25 / Este trabalho propõe um sistema inteligente de iluminação pública utilizando diodos
emissores de luz (LEDs). Neste âmbito, é proposta uma topologia para o acionamento dos
LEDs com controle de intensidade luminosa. Além disso, funções adicionais são propostas de
modo a expandir o conjunto de funcionalidades da luminária. Para o acionamento dos LEDs
foi desenvolvido um conversor baseado na topologia Ćuk operando em modo de condução
descontínuo (DCM) com um interruptor estático em série com a carga, sendo uma solução
para o acionamento de LEDs de estágio único. Deste modo, este conversor foi projetado para
desempenhar simultaneamente as funções de correção do fator de potência e controle da
potência na carga. Através da análise da resposta fotométrica dos diodos emissores de luz
perante ondulações de baixa frequência em sua corrente, foi possível criar uma metodologia
de projeto que evita o uso de capacitores eletrolíticos no circuito de acionamento dos LEDs,
aumentando assim a confiabilidade do sistema. A modelagem e o controle do conversor
também foram feitas e estão mostradas no trabalho. De modo a controlar e gerenciar o sistema
eletrônico da luminária, foi proposta uma arquitetura baseada no microcontrolador
TM4C123GE6PM. Este sistema digital é responsável ainda por promover outras
funcionalidades como controle automático de intensidade luminosa, proteção do circuito e
ainda monitoramento de parâmetros de qualidade de energia da tensão de entrada do
conversor, tais como afundamentos e elevações. A fim de avaliar experimentalmente o
sistema proposto, foram desenvolvidos um programa de computador capaz de gerenciar as
funcionalidades da luminária e um protótipo de 70W deste equipamento. Os resultados
experimentais obtidos mostraram um bom desempenho tanto do circuito de acionamento dos
LEDs, como das funcionalidades da luminária. / This paper proposes a smart lighting system based on light-emitting diodes (LEDs) for street
lighting applications. In this context, a power converter with dimming capability was
designed. Furthermore, additional functions are proposed in order to expand the feature set of
the luminaire. To drive the LEDs, a topology based on Ćuk converter operating in
discontinuous conduction mode (DCM) with an electronic switch in series with the load was
proposed. This converter was designed to perform simultaneously the functions of power
factor correction and power control, being a single-stage LED driver solution. By analyzing
the LEDs photometric response due to low-frequency current ripple, a design methodology
that avoids the use of electrolytic capacitors in the proposed converter was developed. The
modeling and control of the converter were also done in order to ensure that the system is
always operating within the desired specifications. To control and manage the electronic
system of the luminaire, it was developed an architecture based on the microcontroller
TM4C123GE6PM. Beside the aforementioned functions, this digital system was designed
aiming the promotion of other features, such as automatic dimming, protection of the driver
and even monitoring some power quality parameters related to the input voltage, such as sags
and swells. In order to experimentally evaluate the proposed system, a software, able to
manage the luminaire functionalities, and a 70W prototype were built. The experimental
results demonstrated a good performance of the LED driver as well as the functionalities of
the proposed luminaire.
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