Ne (10420)
Počet nalezených dokumentů:
10420
Publikováno od
do
Termální manažment pro misi CIMER
Borovička, Matej; Lazar, Václav; Götthans, Tomáš
2024 - anglický
Táto práca sa zaoberá tepelnou analýzou CubeSatu, pričom vyhodnotenie a následná implementácia výsledkov do samotnej konštrukcie družice je veľmi dôležitá na zabezpečenie správneho fungovania všetkých jej komponentov. V prvej časti je opísaná problematika tepelnej analýzy a návrhy pre vesmírne aplikácie. Druhá časť je venovaná tepelnému návrhu nanosatelitu CIMER, ktorého úlohou je kultivácia cyanobaktérií na nízkej obežnej dráhe Zeme. Sinice majú veľmi špecifické požiadavky, pokiaľ ide o teplotný rozsah, v ktorom môžu prežiť. Táto analýza je preto veľmi dôležitá pre fungovanie celej misie. Práca opisuje vytvorenie tepelného návrhu v softvéri Systema Thermica, jeho následnú analýzu a vyhodnotenie. Nakoniec je model upravený na podmienky potrebné na prežitie siníc vo vesmíre. This thesis deals with the thermal analysis of the CubeSat, the evaluation and subsequent implementation of the results in the satellite design itself is very important to ensure the proper functioning of all its components. The first part describes thermal analysis issues and proposals for space applications. The second part is devoted to the thermal design of the CIMER nanosatellite, whose mission is to cultivate cyanobacteria in low Earth orbit. Cyanobacteria have very specific requirements in terms of the temperature range in which they can survive. This analysis is therefore very important for the functioning of the entire mission. The thesis describes the creation of a thermal design in the software Systema Thermica, its subsequent analysis and evaluation. Finally, the model is adapted to the conditions required for the survival of cyanobacteria in space.
Klíčová slova:
Cubesat; Nanosatellite; Thermal analysis; Thermal model; Systema Thermica; Cubesat; Nanosatelit; Termálna analýza; Termálny model; Systema Thermica
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Termální manažment pro misi CIMER
Táto práca sa zaoberá tepelnou analýzou CubeSatu, pričom vyhodnotenie a následná implementácia výsledkov do samotnej konštrukcie družice je veľmi dôležitá na zabezpečenie správneho fungovania všetkých ...
Generátor krátkých pulsů pro UWB aplikace
Sedláček, Matyáš; Pítra, Kamil; Štumpf, Martin
2024 - anglický
Tato diplomová práce je zaměřena na analýzu a návrh generátoru krátkých pulsů. Při vypracování jsou pro tvarování pulsu využity step recovery diody a reaktanční prvky. Za účelem simulace je odladěn ekvivalentí model SRD. Je proveden návrh tvarovacího obvodu, jehož vlastnosti jsou popsány za pomoci parametrické analýzy. Dále jsou prověřeny možné úpravy zapojení, např. zahrnutí pahýlů přenosových vedení, za účelem zlepšení výstupních parametrů zařízení. Je navržen budící obvod tvarovače a obvod napájení. Aby zařízení vyhovělo požadavkům na přenosnost a energetickou soběstačnost, je napájeno z baterie. Vlastnosti vyrobeného generátoru jsou následně ověřeny měřením. This master's thesis is concerned with the analysis and design of a short-pulse generator. It focuses on the utilization of step recovery diodes and reactance-based circuit elements. A model of the SRD for the use in simulation is tuned. A pulse shaping network (PSN) is designed, the properties of which are described via parametric analysis. Consequently, aiming at improving the output characteristics of the device, possible modifications to the circuit are explored, e.g., the inclusion of transmission line stubs. A PSN driver and supply circuits are designed. The pulse generator is powered by a battery, to comply with portability and energy self-sufficiency requirements. The properties of the manufactured generator are then tested via measurements.
Klíčová slova:
impulse generator; ultra-short voltage pulses; dioda s krokovým zotavením; ultra-wide band; unipolar pulse; impulsní generátor; krátké napěťové pulsy; step-recovery diode; ultra-wide band; unipolární puls
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Generátor krátkých pulsů pro UWB aplikace
Tato diplomová práce je zaměřena na analýzu a návrh generátoru krátkých pulsů. Při vypracování jsou pro tvarování pulsu využity step recovery diody a reaktanční prvky. Za účelem simulace je odladěn ...
Off-shore elektrárny a jejich začlenění do trhu s elektřinou
Souček, Tomáš; Vasil, Tomáš; Radil, Lukáš
2024 - anglický
Tato diplomová práce zkoumá integraci offshore nabídkových zón do evropského trhu s elektřinou, se zaměřením na ekonomické dopady omezení kapacity na pobřežní větrné farmy a roli Transmission Access Guarantee (TAG). Práce prozkoumává strategie integrace trhu a zdůrazňuje výzvy a řešení pro integraci pobřežních větrných farem za podmínek omezení kapacity. Klíčovým zjištěním je vliv kladných Power Transfer Distribution Factors (PTDFs) v nizozemských prvcích na kapacitu přenosu, jak klesají hodnoty Remaining Available Margin (RAM). Naopak zavedení českých prvků, i při vysokých PTDF, nemělo vliv na maximální Net Pozice. To naznačuje, že český provozovatel přenosové soustavy (PPS) nemusí mít obavy z finančních důsledků kompenzací souvisejících s offshore nabídkovými zónami, zatímco TSO blíže k těmto zónám musí být ostražitější. Studie zdůrazňuje význam přesného stanovení objemu a ceny TAG, aby se předešlo potenciálnímu zneužívání a zajistila se spravedlivá kompenzace. Zdůraznuje potřebu strategického řízení sítě, aby vyvážila stabilitu sítě s finančními riziky integrace obnovitelné energie. Tento výzkum poskytuje cenné poznatky pro tvůrce legislativy, provozovatele přenosových soustav a zainteresované strany v optimalizaci integrace zdrojů obnovitelné energie do evropské sítě, přispívajíc k udržitelnější a efektivnější energetické budoucnosti. This thesis examines the integration of offshore bidding zones into the European electricity market, focusing on the economic impacts of capacity constraints on offshore wind farms and the role of Transmission Access Guarantees (TAG). It explores market integration strategies, highlighting the challenges and solutions for integrating offshore wind farms under capacity constraints. A key finding is the influence of positive Power Transfer Distribution Factors (PTDFs) in Dutch elements on transmission capacity as Remaining Available Margin (RAM) values decrease. Conversely, the introduction of Czech elements, even with high PTDFs, did not impact the maximum net positions. This suggests that Czech TSOs need not worry about financial implications of compensations related to offshore bidding zones, while TSOs nearer to these zones must be more vigilant. The study emphasizes the importance of accurately defining TAG's volume and price to prevent potential gaming and ensure fair compensation. It underlines the need for strategic network management to balance grid stability with the financial risks of renewable energy integration. This research provides valuable insights for policymakers, TSOs, and stakeholders in optimizing the integration of renewable energy sources into the European grid, contributing to a more sustainable and efficient energy future.
Klíčová slova:
Offshore Bidding Zones; Electricity Market Integration; Capacity Constraints; Congestion Income; Transmission Access Guarantee (TAG).; Offshore nabídkové zóny; integrace trhu s elektřinou; omezení kapacity; příjem z přetížení; Transmission Access Guarantee (TAG)
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Off-shore elektrárny a jejich začlenění do trhu s elektřinou
Tato diplomová práce zkoumá integraci offshore nabídkových zón do evropského trhu s elektřinou, se zaměřením na ekonomické dopady omezení kapacity na pobřežní větrné farmy a roli Transmission Access ...
Studium chaotických oscilátorů s pasivními fraktálními dvojpóly
Ledvina, Matej; Kaller, Ondřej; Petržela, Jiří
2024 - anglický
Táto semestrálna práca sa zaoberá chaotickými obvodmi s fraktálnymi prvkami. V prvej časti sú prezentované fraktálne prvky, ich vlastnosti a spôsob syntézy. Tri takéto prvky sú navrhnuté, vyhotovené a merané. V druhej časti je krátky úvod do problematiky chaotických obvodov, a spôsobov ich syntézy. Následne sú prezentované dve metódy syntézy chaotických obvodov s názorným príkladom. Na koniec bol vybraný jeden chaotický system ktorý bol syntetizovaný do obvodu, odsimulovaný, zhotovený a experimentálne overený. This thesis deals with chaotic circuits of fractional order. First, an overview of fractal elements and their approximations is presented. Three fractal element approximations are then realized and tested. Next, a short overview of chaotic systems is presented and methods of synthesizing such systems into electrical circuits is discussed. Two methods are selected, and an example of synthesis with both methods is performed. Next, a known system with observed chaotic behavior is synthesized into a circuit, simulated, built. and experimentally verified.
Klíčová slova:
Fractal elements; fractal element approximations; Chua circuit; chaos; fractional order chaotic systems.; Fraktálne prvky; aproximácie fraktálnych prvkov; Chuov obvod; chaos; chaotické systémy fraktálneho rádu.
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Studium chaotických oscilátorů s pasivními fraktálními dvojpóly
Táto semestrálna práca sa zaoberá chaotickými obvodmi s fraktálnymi prvkami. V prvej časti sú prezentované fraktálne prvky, ich vlastnosti a spôsob syntézy. Tri takéto prvky sú navrhnuté, vyhotovené a ...
Ztráty v asynchronních strojích napájených z měniče frekvence
Lípa, Miroslav; Vítek, Ondřej; Bárta, Jan
2024 - anglický
Diplomová práce se zabývá měřením asynchronního motoru se dvěma různými zdroji napájení, a to s frekvenčním měničem a generátorem. Tyto dva zdroje napájení byly následně simulovány pomocí metody konečných prvků a porovnány. První kapitola se zabývá popisem asynchronního stroje napájeného frekvenčním měničem a také doporučenými úpravami pro tento druh napájení, aby se předešlo co nejvíce nežádoucím jevům. Druhá kapitola se věnuje ztrátám asynchronního stroje. Třetí kapitola popisuje přístup k měření a vyhodnocování harmonických ztrát způsobených napájením z měniče a také standardizovaný přístup podle mezinárodních norem. Druhá polovina třetí kapitoly také popisuje výpočetní analýzu, která je v této práci použita ve formě analýzy konečných prvků. Nakonec jsou popsány nejistoty měření při použití standardní metody vstup-výstup. Ve čtvrté kapitole je představeno modelování v softwaru ANSYS MAXWELL, kde je nejprve popsána tvorba modelu specifikovaného stroje, poté jeho simulace se sinusovým napájením, a v druhé polovině je vysvětlena simulace s PWM napájením a jak bylo PWM replikováno pomocí naměřených průběhů. V páté kapitole jsou prezentovány všechny výsledky měření s vyhodnocením. Na konci kapitoly je uvedeno srovnání simulace a měření a jeho nedostatečná přesnost. The master's thesis deals with the measurement of an induction motor with two different power supplies, a frequency converter and a generator. Then these two power supplies were simulated using the finite element method and compared. The first chapter deals with the description of the asynchronous machine powered by the frequency converter and also the recommended modifications for this kind of power supply to avoid as many undesirable phenomena as possible. The second chapter deals with the losses of the asynchronous machine. The third chapter discusses the approach to measuring harmonic losses due to inverter power supply and also the standardized approach according to international standards. The second half of the third chapter also describes the computational analysis which is used in this thesis in the form of finite element analysis. Finally, the measurement uncertainties in the standard input-output method are described. In the fourth chapter, the modeling in ANSYS MAXWELL software is presented, where first the creation of a model of the specified machine is described, then its simulation with sinusoidal power supply, and in the second half the simulation with PWM power supply is explained and how the PWM was replicated using the measured waveforms. In the fifth section, all the measurement results are presented with figures to give a better idea of the results. At the end of the chapter, a comparison of the simulation and measurements and its lack of accuracy is presented.
Klíčová slova:
Induction motor; harmonic losses; frequency converter; induction motor losses; measurement of induction motor; electromagnetic model; finite element method; simulation comparison; additional losses.; Asynchronní motor; harmonické ztráty; frekvenční měnič; ztráty indukčního motoru; měření asynchronních motorů; elektromagnetický model; metoda konečných prvků; porovnání simulace; přídavné ztráty.
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Ztráty v asynchronních strojích napájených z měniče frekvence
Diplomová práce se zabývá měřením asynchronního motoru se dvěma různými zdroji napájení, a to s frekvenčním měničem a generátorem. Tyto dva zdroje napájení byly následně simulovány pomocí metody ...
Polymerní metamateriály s pokročilými mechanickými vlastnostmi
Štaffová, Martina; Lehocký,, Marian; Kotoul, Michal; Jančář, Josef
2024 - anglický
Práce se zabývá 3D tištěnými polymerními auxetickými strukturami s důrazem na jejich mechanické vlastnosti. Pro zlepšení mechanických vlastností, zejména poměru schopnosti absorpce energie k hmotnosti při tlakovém zatížení, byly použity různé návrhy auxetických re-entrantních struktur. Struktury byly vytištěny pomocí stereolitografické 3D tiskárny. Byl vyvinut a systematicky demonstrován nový nástroj pro komplexní charakterizaci 3D tištěných těles s využitím komerční fotopolymerizační pryskyřice s volnými radikály. Metoda se opírá o statický a oscilační mechanický test kombinující měření teploty průhybu při zatížení (HDT) s dynamickou mechanickou analýzou (DMA) v jediném testu pro rychlou a spolehlivou charakterizaci parametrů určujících chování fotopolymeru při vytvrzování. Byly zkoumány podmínky tisku a doba vytvrzení, aby byl objasněn jejich vliv na vnitřní napětí v 3D tištěných tělesech. Auxetické struktury byly vytištěny pomocí flexibilní a tuhé pryskyřice a byl zkoumán vliv poréznosti, velikosti buněk a strukturálních gradientů na mechanické vlastnosti. Výsledky byly vyhodnoceny z konstrukčního a materiálového hlediska pro fotopryskyřice nad a pod Tg. Nejlepší účinnost absorbování energie byla zjištěna u biaxiálně orientované struktury s nejvyšší lokální porozitou umístěnou ve středu. Prezentovaná data přispívají k základnímu pochopení účinků designu buněk na deformační odezvu auxetických struktur a mohou pomoct při návrhu nových struktur s lepšími mechanickými vlastnostmi. Výsledky zároveň demonstrují všestrannost 3D tisku při realizaci komplexních, přírodou inspirovaných struktur. Thesis deals with 3D printed polymeric auxetic structures with an emphasis on their mechanical performance. Different designs of auxetic re-entrant cell architectures were used to enhance mechanical properties, especially the energy-absorption-to-weight ratio under compressive loading. The lattice structures were 3D printed by vat photopolymerization masked-stereolithography technique. A novel tool for the complex characterization of 3D printed bodies was developed and systematically demonstrated employing a commercial free-radical photopolymerization resin. The method relies on superimposed static and oscillatory mechanical test combining the heat deflection temperature (HDT) measurement with the dynamic mechanical analysis (DMA) in a single test for fast and reliable characterization of parameters determining the curing behavior of the photopolymer. The influence of printing conditions and post-curing time was investigated to elucidate their effects on residual stresses in 3D-printed cellular bodies. The auxetic architectures were printed using flexible and stiff resins, and the effect of porosity, cell size, and structural gradients was investigated. The results were evaluated from a structural and material point of view, comparing materials above and below Tg. The best energy-absorbing performance was found in a biaxially graded structure with a center-wise location of the highest local porosity. The presented data contribute to a fundamental understanding of the effects of lattice architecture on the deformation response of auxetic structures and identifies routes for structurally tuning the auxetic structures mechanical performance. In addition, the results demonstrate the versatility offered by additive manufacturing techniques in physically realizing complex nature inspired structural architectures.
Klíčová slova:
3D printing; masked stereolithography; post processing; DMA; re-entrant auxetic structures; Poisson’s ratio; gradient; specific energy absorption; porosity; 3D tisk; stereolitografie; DMA; vytvrzení; re-entrantní auxetická struktura; Poissonův poměr; gradient; specifická absorpční energie; porozita
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Polymerní metamateriály s pokročilými mechanickými vlastnostmi
Práce se zabývá 3D tištěnými polymerními auxetickými strukturami s důrazem na jejich mechanické vlastnosti. Pro zlepšení mechanických vlastností, zejména poměru schopnosti absorpce energie k hmotnosti ...
Popis šíření creepové trhliny v polymerních materiálech
Trávníček, Lukáš; Nezbedová,, Eva; Padovec,, Zdeněk; Hutař, Pavel
2024 - anglický
Požadovaná životnost plastových trubek používaných v tlakových systémech je 50 let. Zároveň je však vyvíjen tlak na použití recyklovaných materiálů, které mají podstatně horší mechanické vlastnosti a samotné je pro výrobu tlakových polymerních potrubí nelze použít. Tyto dvě protichůdné podmínky jdou skloubit pomocí trubky vytvořené z více vrstev, kde pro kritické časti, kterými jsou vnější a vnitřní povrch, je použit moderní odolný materiál. Na druhou stranu pro střední vrstvu, jejíž mechanické vlastnosti nejsou tak důležité z pohledu dlouhodobé životnosti, je možno použit materiál recyklovaný. Hlavním cílem této práce je navrhnout geometrii popsaného vícevrstvého potrubí s využitím recyklovaného materiálu při zachování minimální požadované životnosti. Životnost polymerních trubek je poměrně náročné testovat za běžných provozních podmínek z časových důvodů. Je však možné ji odhadnout, neboť nejčastější mechanismus poškození je pomalé šíření trhliny. Metodika odhadu životnosti využívá parametrů lineární elastické lomové mechaniky pro popis šíření těchto trhlin. Důležitou součástí je pak simulace šíření trhliny v trubce metodou konečných prvků se zohledněním různých typů zatížení, kterým je trubka v provozu vystavena. Mezi tyto zatížení patří reziduální napětí a zatížení způsobené tíhou zeminy, dopravou nebo kameny, pokud je trubka zakopána. Pro určení reziduálního napětí byla vyvinuta metodika, která využívá kombinace experimentů a numerického modelování a která byla také použita. Případ zakopané trubky je také simulován pomocí metody konečných prvků. Část práce je věnována měření rychlosti šíření creepové trhliny pomocí CRB testů (cracked round bar) a následnému vyhodnocení experimentálních dat. Rychlost šíření creepové trhliny spolu s kombinací s výsledky numerického modelování bude použita pro stanovení odhadu životnosti vícevrstvé polymerní trubky obsahující recyklovaný materiál. The lifetime of plastic pipes for pressurized systems is demanded to be at least 50 years. At the same time, the potential for recycling plastic waste is unexploited, therefore, using recycled material in pressurized plastic systems might become a reality in the future. However, the recycled material has low mechanical properties compared to the virgin one, and is restricted for pressurized pipe applications. These two contradictory conditions can be combined using a pipe consisting of a few layers of different materials. It is necessary to use modern, durable material for the critical parts, which are inner and outer surfaces. On the other hand, for the main pipe, it is possible to use material with lower mechanical properties – recycled material. The main aim of the presented work is to design a multilayer polymer pipe, where the middle layer will contain recycled material and the demanded lifetime of 50 years will be met. The lifetime in operating conditions is difficult to prove by standard testing methods. However, it is possible to estimate the lifetime as the most frequently occurring damage mechanism is the slow crack growth. The methodology is based on the description of crack propagation by linear elastic fracture mechanics parameters. An important part of this methodology is a finite element simulation of crack propagation in a pipe loaded by different types of loads, such as residual stress, soil loading, loading from traffic, and point load caused by stones when a pipe is buried. For the determination of residual stress, a methodology taking advantage of experimental measurements and numerical modeling has been developed. The case of buried pipe is also studied by numerical modeling. Part of the presented work is dedicated to the experimental measurement of creep crack growth in CRB (cracked round bar) specimens with the necessary data evaluation. The creep crack growth combined with the results of numerical modeling will be implemented into an estimation of the lifetime of a multilayer pipe with recycled material content.
Klíčová slova:
recycled material; multilayer polymer pipes; finite element method; creep crack growth; linear elastic fracture mechanics; lifetime estimation; recyklovaný materiál; vícevrstvé polymerní trubky; metoda konečných prvků; šíření creepové trhliny; lineární elastická lomová mechanika; odhad životnosti
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Popis šíření creepové trhliny v polymerních materiálech
Požadovaná životnost plastových trubek používaných v tlakových systémech je 50 let. Zároveň je však vyvíjen tlak na použití recyklovaných materiálů, které mají podstatně horší mechanické vlastnosti a ...
Měření ionizujícího záření v mobilní robotice
Lázna, Tomáš; Duchoň,, František; Janda, Jiří; Žalud, Luděk
2024 - anglický
Tato disertační práce se věnuje oblasti měření ionizujícího záření prostřednictvím autonomních robotických platforem, konkrétně pozemních robotů a bezpilotních leteckých systémů. Zaměřuje se na dva hlavní cíle, a to na radiační mapování a lokalizaci radioaktivních zdrojů. Autor představuje různé systémy pro detekci radiace a zabývá se jejich integrací na pozemní i vzdušné roboty. Nedílnou součástí výzkumu je vývoj metod pro zjištění pozic zářičů, a to nejen pomocí systematického průzkumu podél předem naplánované trasy, ale také s využitím aktivního upravování měřicí trajektorie za účelem zrychlení tohoto procesu. V rámci aktivní lokalizace jsou prověřovány také směrově citlivé senzory. Tato práce zkoumá i výhody spolupráce mezi pozemními a leteckými platformami, čímž demonstruje praktickou využitelnost prezentovaných postupů. Další oblastí využití robotů je trojrozměrné radiační mapování budov prostřednictvím bezpilotního letadla. Většina navržených algoritmů byla experimentálně ověřena v terénu. This thesis discusses ionizing radiation measurements conducted by autonomous robotic platforms, namely, unmanned ground vehicles and unmanned aircraft systems. The research comprises two fundamental tasks: radiation mapping and the localization of radioactive sources. The author introduces various radiation detection systems and explores their integrability into terrestrial and aerial robots. The experimentation is designed to develop methods for retrieving the positions of radiation emitters. The actual effort to produce such techniques embraces both systematic pre-planned surveys and active adjustment of the measurement trajectories to accelerate the process. Notably, this type of adjustment also involves directionally sensitive sensors. The thesis investigates the benefits of collaboration between ground and aerial platforms in detailed radiation mapping, exposing a practical application scenario. Furthermore, a possible use case rests in three-dimensional radiological characterization of a building via an unmanned aircraft. The majority of the proposed algorithms have been validated through real-world experiments that have confirmed their robustness and practicality.
Klíčová slova:
Radiation mapping; radiation source search; mobile robotics; cooperative robots; environmental monitoring; Radiační mapování; vyhledávání zdrojů radiace; mobilní robotika; kooperativní roboti; monitorování prostředí
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Měření ionizujícího záření v mobilní robotice
Tato disertační práce se věnuje oblasti měření ionizujícího záření prostřednictvím autonomních robotických platforem, konkrétně pozemních robotů a bezpilotních leteckých systémů. Zaměřuje se na dva ...
Holografická mikroskopie využívající koherenční brány
Ďuriš, Miroslav; Tyc,, Tomáš; Baránek,, Michal; Chmelík, Radim
2024 - anglický
Výskumníci v oblasti biomedicíny a metapovrchov opakovane siahajú po kvantitatívnom fázovom zobrazovaní (QPI) ako primárnej zobrazovacej technike vďaka jej vysokovýkonnému, neinvazívnemu a kvantitatívnemu charakteru. Preto si QPI rýchlo vybudovalo svoju nepostrádateľnú úlohu pri identifikácii zriedkavých javov a skríningu v biomedicíne alebo automatizovanej analýze obrazových dát pomocou umelej inteligencie. Tieto a mnohé ďalšie aplikácie zdieľajú náročné splnieľnú požiadavku na rozsiahle a kvalitné súbory dát. Táto práca sa zaoberá základnými problémami optického zobrazovania a to hlavne v biomedicínskom výskume. Výskum v tejto práci je zameraný na štúdium a vývoj nových zobrazovacích metód rozšírením možností koherenciou riadeného holografického mikroskopu. V práci sme sa zaoberali tromi hlavnými oblasťami biomedicínskeho zobrazovania: zobrazovaním v kalnom prostredí, QPI so superrozlíšením a rekonštrukciou 3D rozloženia indexu lomu. Na dosiahnutie takýchto ambicióznych výsledkov sme využili takzvaný efekt koherenčnej brány, ktorý sa zvyčajne využíva na zobrazovanie cez nepriehľadné médiá najmenej rozptýleným (balistickým) svetlom. Zobrazovanie v kalných prostrediach adresujeme v tejto práci tak, že neintuitívne používame koherenčnú bránu na zobrazovanie nebalistickým svetlom, čo nám umožňuje získať informácie chýbajúce v balistickom obraze. Kombinácia obrazov pre rôzne pozície koherenčnej brány nám umožňuje syntetizovať obraz kvalitnejší ako prístupy využívajúce len balistické svetlo. Toto experimentálne demonštrujeme na kvantitatívnom zobrazovaní cez hrubé biologické tkanivo. V práci boli skúmané dva prístupy k superrozlíšeniu kvantitatívneho fázového obrazu. Prvým je prístup adaptujúci syntetickú apertúru, pre ktorý opäť využívame efekty koherenčného bránovania čiastočne koherentného svetla v kombinácii so šikmým osvetlením, ktoré zabezpečuje difrakcia na jednoduchej šesťuholníkovej fázovej mriežke umiestnenej v blízkosti vzorky. Syntetizujeme QPI s výrazne zväčšeným pásmom priestorových frekvencií zo sekvenčne získaných obrazov vytvorených koherenčne filtrovaným svetlom rozptýleným do každého difrakčného rádu mriežky. Ďalej sme vyvinuli metódu tvarovania koherenčnej brány, ktorá umožňuje QPI so superrozlíšením v reálnom čase. V práci navrhujeme prístup založený na skutočnosti, že rozptylová funkcia nášho systému je súčin difrakčne limitovaného obrazu bodového objektu a funkcie koherenčnej brány, ktorú tvarujeme podobne ako superoscilačný hotspot. Výsledok súčinu je rozptylová funkcia so sub-difrakčne limitovanou šírkou centrálneho peaku a so zanedbateľnými postrannými maximami, ktoré sú bežnou prekážkou zobrazovania pomocou superoscilácií. Útlm postranných maxím a zlepšenie rozlíšenia sa odohráva súčasne v celom zornom poli. Preto predstavujeme prvé jednosnímkové QPI so superrozlíšením. Pri oboch metódach sme dosiahli zlepšenie rozlíšenia aspoň o 19\%. V práci sa taktiež venujeme aj 3D zobrazovaniu pomocou koherenciou riadeného holografického mikroskopu. Vyvinuli sme metódu na rekonštrukciu 3D distribúcie indexu lomu zo série kvantitatívnych fázových obrazov vzorky pre rôzné pozície v axiálnom smere. Rekonštruovaná distribúcia indexu lomu má vlastnosti podobné výstupom optickej difrakčnej tomografie. Zároveň je ale potrebný počet akvizícií v prípade navrhovanej metódy výrazne nižší. Náš prístup demonštrujeme pomocou simulovaných, ako aj experimentálnych údajov. Biomedical and metasurface researchers repeatedly reach for quantitative phase imaging (QPI) as their primary imaging technique due to its high-throughput, label-free, quantitative nature. Therefore, QPI has quickly established its role in identifying rare events and screening in biomedicine or automated image data analysis using artificial intelligence. These and many other applications share the requirement for extensive high-quality datasets, which is challenging to meet due to obstacles specific to each application. This thesis tackles the principal problems of optical imaging, mainly in biomedical research. The research aimed to study and develop new imaging methods by extending the capabilities of the coherence-controlled holographic microscope. In the thesis, we tackled three principal areas of biomedical imaging: turbid media imaging, super-resolution QPI, and 3D refractive index reconstruction. To achieve such ambitious results, we have utilized the so-called coherence-gating effect, typically exploited for imaging through disordered media by least-scattered (ballistic) light. To tackle turbid media imaging, we counterintuitively use the coherence gate for imaging by the non-ballistic light, enabling us to retrieve information missing in the ballistic image. A combination of images for different coherence gate positions allow us to synthesize an image of quality superior to ballistic light approaches, which we experimentally demonstrate on QPI through thick biological tissue. Two approaches to super-resolution QPI were explored in the thesis. First is the synthetic aperture approach, for which we again exploit the coherence-gating properties of the partially coherent light combined with the oblique illumination provided by the diffraction on a simple hexagonal phase grating placed near the specimen. We synthesize synthetic aperture QPI with significantly increased spatial frequency bandwidth from sequentially acquired images formed by the coherence-gated light scattered into each grating's diffraction order. Second, we developed the coherence gate shaping method allowing real-time super-resolution QPI. We propose an approach based on the fact that our system's point spread function (PSF) is a product of the diffraction-limited spot and the coherence-gating function, which we shape similarly to the superoscillatory hotspot. The product simultaneously produces the PSF with a super-resolution central peak and minimizes sidelobe effects, the common obstacle of superoscillatory imaging. The attenuation of sidelobes and resolution improvement co-occur in the entire field of view. Therefore, we present the first single-shot wide-field super-resolution QPI. For both methods, we achieved a resolution improvement of at least 19\%. Furthermore, we demonstrate the feasibility of the proposed methods by imaging biological specimens with super-resolution. In the thesis, we also address 3D imaging by the coherence-controlled holographic microscope. We developed a method for 3D refractive index distribution reconstruction from a z-stack QPI measurement. The reconstructed refractive index distribution has qualities similar to the outputs of optical diffraction tomography. At the same time, the required number of acquisitions is significantly lower in the case of the proposed method. We demonstrate our approach using simulated as well as experimental data.
Klíčová slova:
holographic microscopy; imaging in turbid media; coherence gate; super-resolution; 3D imaging; holografická mikroskopia; zobrazovanie v opticky kalných prostrediach; koherenčná brána; super-rozlíšenie; 3D zobrazovanie
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Holografická mikroskopie využívající koherenční brány
Výskumníci v oblasti biomedicíny a metapovrchov opakovane siahajú po kvantitatívnom fázovom zobrazovaní (QPI) ako primárnej zobrazovacej technike vďaka jej vysokovýkonnému, neinvazívnemu a ...
Privacy-Enhancing Technologies and Privacy-Enhancing Cryptography for Wearables
Casanova-Marqués, Raúl; Pendo,, Cristiano Gonçalves; PhD, Lukasz Michal Chmielewski,; Hajný, Jan
2024 - anglický
The increasing concern surrounding privacy and the safeguarding of digital identities has emphasized the pressing necessity of establishing secure and confidential communication channels. This concern has led to the development of cryptographic mechanisms aimed at facilitating impervious information exchange. Nevertheless, traditional cryptographic approaches are proving insufficient in dynamic and resource-constrained environments, such as wearable devices. As a result, attribute-based credential schemes have emerged as a promising solution, offering fine-grained access control to digital services based on user-specific attributes. This doctoral thesis examines the efficacy and scalability of attribute-based anonymous credential schemes in ensuring the authenticity and security of users within dynamic architectures of wearable devices. It also explores enhancements to these schemes, with a primary focus on incorporating user revocation while maintaining privacy. Additionally, the thesis presents devised mechanisms to enable attribute-based authentication protocols on smart cards with limited support for elliptic curve cryptography. It addresses specific challenges associated with the usability of smart cards. Moreover, the thesis investigates the integration of anonymous authentication schemes in collaborative indoor positioning systems, aiming to provide privacy and security. Lastly, it explores the implementation of attribute-based authentication schemes in resource-constrained environments, with an emphasis on Internet of Things devices, and evaluates their feasibility within the dynamic architectures of wearable devices. The first contribution of this thesis introduces a purposefully designed protocol for anonymous authentication on smart cards. This protocol combines attribute-based credentials and user revocation while ensuring computational efficiency. To facilitate effective implementation and evaluation, the thesis employs smart cards equipped with the MULTOS operating system. The second contribution focuses on optimizing the capabilities of smart cards using Java Card technology for the implementation of attribute-based credential schemes. These smart cards are presented as a more accessible alternative for a wider consumer base. To overcome limitations in their application programming interface, the thesis devises strategies to augment the constrained support for elliptic curve cryptography and effectively implement such schemes. The third contribution presents the Privacy-Enhancing Authentication System, a robust solution compatible with smart cards, smartphones, and smartwatches. This system addresses the functional challenges associated with smart cards, including the absence of a graphical interface and limited user control over attribute disclosure. Consequently, it offers a practical and deployable solution for real-world scenarios. Finally, the thesis proposes a groundbreaking scheme to safeguard collaborative indoor positioning systems by addressing both privacy and security concerns. This scheme ensures the preservation of privacy and security by eliminating centralized architectures and employing encryption techniques for positioning information. The thesis includes comprehensive details such as protocol use cases, implementation specifics, execution benchmarks, and a comparative analysis with existing protocols. The increasing concern surrounding privacy and the safeguarding of digital identities has emphasized the pressing necessity of establishing secure and confidential communication channels. This concern has led to the development of cryptographic mechanisms aimed at facilitating impervious information exchange. Nevertheless, traditional cryptographic approaches are proving insufficient in dynamic and resource-constrained environments, such as wearable devices. As a result, attribute-based credential schemes have emerged as a promising solution, offering fine-grained access control to digital services based on user-specific attributes. This doctoral thesis examines the efficacy and scalability of attribute-based anonymous credential schemes in ensuring the authenticity and security of users within dynamic architectures of wearable devices. It also explores enhancements to these schemes, with a primary focus on incorporating user revocation while maintaining privacy. Additionally, the thesis presents devised mechanisms to enable attribute-based authentication protocols on smart cards with limited support for elliptic curve cryptography. It addresses specific challenges associated with the usability of smart cards. Moreover, the thesis investigates the integration of anonymous authentication schemes in collaborative indoor positioning systems, aiming to provide privacy and security. Lastly, it explores the implementation of attribute-based authentication schemes in resource-constrained environments, with an emphasis on Internet of Things devices, and evaluates their feasibility within the dynamic architectures of wearable devices. The first contribution of this thesis introduces a purposefully designed protocol for anonymous authentication on smart cards. This protocol combines attribute-based credentials and user revocation while ensuring computational efficiency. To facilitate effective implementation and evaluation, the thesis employs smart cards equipped with the MULTOS operating system. The second contribution focuses on optimizing the capabilities of smart cards using Java Card technology for the implementation of attribute-based credential schemes. These smart cards are presented as a more accessible alternative for a wider consumer base. To overcome limitations in their application programming interface, the thesis devises strategies to augment the constrained support for elliptic curve cryptography and effectively implement such schemes. The third contribution presents the Privacy-Enhancing Authentication System, a robust solution compatible with smart cards, smartphones, and smartwatches. This system addresses the functional challenges associated with smart cards, including the absence of a graphical interface and limited user control over attribute disclosure. Consequently, it offers a practical and deployable solution for real-world scenarios. Finally, the thesis proposes a groundbreaking scheme to safeguard collaborative indoor positioning systems by addressing both privacy and security concerns. This scheme ensures the preservation of privacy and security by eliminating centralized architectures and employing encryption techniques for positioning information. The thesis includes comprehensive details such as protocol use cases, implementation specifics, execution benchmarks, and a comparative analysis with existing protocols.
Klíčová slova:
Cryptographic protocols; attribute-based authentication; attribute-based credentials; privacy protection; anonymity; user revocation; smart cards; wearable architectures; Internet of Things; collaborative indoor positioning systems; elliptic curve cryptography.; Cryptographic protocols; attribute-based authentication; attribute-based credentials; privacy protection; anonymity; user revocation; smart cards; wearable architectures; Internet of Things; collaborative indoor positioning systems; elliptic curve cryptography.
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Privacy-Enhancing Technologies and Privacy-Enhancing Cryptography for Wearables
The increasing concern surrounding privacy and the safeguarding of digital identities has emphasized the pressing necessity of establishing secure and confidential communication channels. This concern ...
NUŠL poskytuje centrální přístup k informacím o šedé literatuře vznikající v ČR v oblastech vědy, výzkumu a vzdělávání. Více informací o šedé literatuře a NUŠL najdete na webu služby.
Vaše náměty a připomínky posílejte na email nusl@techlib.cz
Provozovatel
Zahraniční báze