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OPTICS DEPARTMENT    •     APPLIED PHYSICS DIVISION
Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, B.C. spanish qr
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Ensenada

Este grupo comenzó sus actividades en enero de 1986 dentro del marco de tres proyectos de investigación que estaban enfocados principalmente a resolver algunas preguntas con respecto al análisis de la superficie del mar, oleaje, mediante percepción remota. En ese tiempo fuimos dos los investigadores que comenzamos y como colaboradores teníamos a dos técnicos y dos becarios que nos ayudaban en el desarrollo del laboratorio.

Durante una primera etapa, nuestros objetivos fueron el acondicionar y mantener un sistema de adquisición y reconstrucción de información óptica y digital que sirviera de apoyo tanto a proyectos internos como externos y que además fuera la base del trabajo del procesado digital. Además, la aplicación inmediata al análisis de imágenes reales de la superficie del mar.

Para 1987, con la llegada de mi primer estudiante de maestría y de una estudiante de licenciatura comenzamos a extender nuestras aplicaciones al estudio de imágenes de microorganismos fitoplanctónicos, especialmente las diatomeas. Así que escribimos un objetivo más que fue el de determinar la correlación óptica y digital bi y tridimensional de las imágenes de microorganismos fitoplanctónicos utilizando técnicas de filtraje espacial para el análisis e identificación de los mismos.

Lo anterior surgió, después de considerar uno de los problemas que enfrenta el taxónomo al tener que invertir mucho tiempo en la identificación y conteo de microorganismos por métodos tradicionales. Para contribuir a su solución, se inició un estudio enfocado principalmente a las diatomeas ya que contábamos con información a la mano acerca de este grupo y tomando en cuenta que estos microorganismos juegan un papel muy importante en el ambiente, por ser productores primarios y el primer eslabón en las redes tróficas, de esta forma, tuvo justificación el desarrollar un sistema automatizado para la identificación y conteo de especies mediante la aplicación de sistemas ópticos y digitales que agilizaría en gran manera el análisis de muestras, obteniendo así un método rápido y eficaz.

Para ofrecer un panorama más amplio y general de las actividades de nuestro grupo comentaré que durante 1986 a la fecha hemos estado interesados en el estudio de la superficie del mar. El objetivo más importante de esta parte del proyecto es el de determinar la estadística del oleaje presente en la superficie del mar mediante percepción remota, ya que el estudiar el oleaje in situ es demasiado costoso y además la información que se obtiene es temporal y no espacial.

De hecho, este problema tuvo sus primeras investigaciones en 1950 con el trabajo de Barber que determinó mediante un sencillo sistema óptico la dirección del oleaje. Para 1954 el Dr. Charles Cox y el Dr. Walter Munk realizaron estudios de la estadística de las pendientes de la superficie del mar y determinaron que la función de densidad de probabilidad es casi Gaussiana. Pero aún quedaba el hecho importante de determinar, mediante una imagen fotográfica de la superficie del mar (tomada desde un avión o satélite), la estadística del oleaje presente en la superficie del mar.

Mis investigaciones dentro de este campo de 1986 a 1993 resolvieron este problema donde presenté por primera vez la solución a este problema inverso en la revista Journal of Geophysical Research-Oceans. En este trabajo presenté la manera de analizar la imagen fotográfica de la superficie del mar, de hecho se toma una fotografía del patrón de brillo de la superficie, o sea, se toma la imagen de las reflexiones de la luz del sol sobre la superficie del mar y mediante un modelo no lineal desarrollado pudimos obtener la estadística del oleaje presente en la superficie del mar a partir de una imagen tomada por un avión. Para 1995 presenté cuatro trabajos donde hablé un poco más a detalle de la metodología y de la obtencion de la estadística de primer y segundo orden así como un arreglo experimental que demostraba la validez de la teoría.

En 1993 entré en contacto con el Dr. Charles Cox que trabaja en Scripps La Joya California en Estados Unidos y estuve colaborando con él en un sabático en 1994. Durante ese año trabajamos en el estudio estadístico de las olas capilares (que tienen longitudes de onda de pocos milímetros).

De manera simultánea a las actividades antes referidas, se avanzó con el análisis de microorganismos y para 1995 ya existían dos tesis de maestría desarrolladas en el estudio de copépodos y fitoplancton. Dentro de la primera tesis utilizamos filtros armónicos circulares y en la segunda un procesado óptico-digital invariante a rotación, escala y posición. Para 1998 ya se habían desarrollado dos tesis de doctorado enfocados en la misma línea y para 1999 se había desarrollado una tesis de doctorado más en el estudio de la bacteria del Vibrio cholerae 01. Para 1999 habíamos comenzado una nueva colaboración con el grupo del Dr. Gabriel Cristóbal que trabaja en CSIC en Madrid España.

Los resultados que obtuvimos para el 2003 fueron los siguientes:

  • Se presentó una nueva aproximación para identificar objetos basada en el uso de la correlación de fase en el dominio de la transformada de escala para el reconocimiento automático de caracteres. El método propuesto es invariante a posición, rotación y escala.
  • Se realizó una investigación multidisciplinaria para identificar a tres especies distintas crypticas harpacticoidas (copépodos). Mediante análisis genético, taxonomía y procesado digital de las imágenes se identificaron tres especies distintas que anteriormente se pensaba eran la misma especie.
  • Se realizó un nuevo algoritmo invariante sólo a posición y rotación para identificar a cuatro especies de copépodos del género Acartia. La identificación pudo ser realizada a nivel sexo y a nivel especie.
  • Se obtuvo una solución explícita de la ecuación integral de Karhunen-Loeve (KL) para el caso práctico cuando la función de covariancia de un proceso estacionario está oscilando exponencialmente. La transformada KL es óptima para la detección de muchas señales, comunicaciones y aplicaciones de filtrado.
  • Se llevaron a cabo simulaciones por computadora utilizando imágenes aéreas para probar la solución y aplicación analítica de la ecuación de KL.
  • Se realizaron filtros morfológicos y de orden prioritario con un elemento estructural dependiente de la señal. Estos filtros sirven para suprimir ruido, para el realce de contraste local y para extraer detalle local.
  • Se realizó un método efectivo para quitar ruido impulsivo en imágenes con corrupción de color. Se realizaron simulaciones numéricas y los resultados se compararon con filtros convencionales.
  • Se llevó a cabo la realización de un algoritmo que utiliza un filtro compuesto para la detección de cromosomas del abulón rojo. Fue posible identificar 18 pares de cromosomas homólogos en el abulón rojo del Pacifico Haliotis rufescens.
  • Se llevó a cabo una nueva metodología para obtener información de altas frecuencias en la imagen. Los resultados fueron comparados con métodos tradicionales obteniéndose resultados mucho mejores.
  • Se desarrolló una nueva técnica para la identificación automática de la bacteria de tuberculosis.

Del 2004 al presente tenemos como objetivo el seguir trabajando con el estudio del oleaje presente en la superficie del mar en lo que se refiere al estudio de superficies aleatorias de varias escalas y con estadística no Gaussiana. En lo que respecta al estudio de microorganismos tenemos como objetivo el seguir desarrollando nuevos métodos de análisis para su rápida identificación así como también es nuestro deseo extender nuestros lazos de colaboración con otros colegas que deseen trabajar con nosotros en este campo.

Dr. Josué Alvarez Borrego
josue@cicese.mx

© Dr. Josué Álvarez Borrego, 2012 © Design DigitalSoft Systems, 2012     
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