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Escudo de la República de Colombia
Eléctrica.
Tópicos Avanzados en Procesamiento Digital de Señales

Resumen

El procesamiento digital de señales se ha convertido en una herramienta transversal para diversas áreas de la ingenierı́a. Sus aplicaciones y conceptos aparecen en la mayorı́a de dispositivos electrónicos que nos rodean y abarcan un espectro muy amplio que incluye las telecomunicaciones, automatización y control, seguridad, tránsito y transporte, monitoreo ambiental y de fenómenos naturales, medicina, entretenimiento, astronomı́a, calidad y eficiencia energética y muchas más. La profunda penetración que experimenta el área de procesamiento digital de señales en temas tan diversos, junto con su enorme potencial para desarrollos tecnológicos e investigación, motivan la necesidad de ofrecer un curso avanzado en esta área.

Este curso aborda algunos de los conceptos, herramientas y aplicaciones potenciales del procesamiento digital de señales en diversas áreas. Se espera que los conocimientos adquiridos sirvan al estudiante para incursionar de manera autónoma en su tema de investigación o en su campo de desarrollo profesional, por lo que se hace énfasis en el potencial de aplicación de las herramientas y conceptos ofrecidos. La componente práctica del curso se desarrolla por medio de pequeños talleres−problema, en los que también se requiere que el estudiante haga uso de habilidades de algoritmia y programación básicas.

Profesor:Freddy Bolaños Martínez

Fecha de inicio: 4 de Octubre de 2021

Duración: 16 semanas - 4 horas por semana

Modalidad: Virtual

Servidor: Classroom, GoogleMeet y Youtube.

Créditos: 4

Dirigido a

El curso es autocontenido, y por tanto puede ser asumido por cualquier egresado de un programa de ingeniería. Se requiere eso sí algún conocimiento en programación básica (se trabaja regularmente con Matlab o Python) y nociones básicas de electricidad.

Objetivos

Objetivo general: El curso ofrece una visión general de algunos de los conceptos y herramientas fundamentales en el tema del procesamiento digital de señales, ası́ como posibles campos de aplicación para cada uno de ellos.

Objetivos Específicos: Como complemento al objetivo general recién planteado, el curso Tópicos Avanzados en Procesamiento Digital de Señales, tiene los siguientes objetivos concretos:

  • Presentar conceptos tales como el muestreo, la cuantificación, la reconstrucción e interpolación de señales, la frecuencia de señales en tiempo discreto, la representación en dominios diferentes al del tiempo, y el problema de los alias.
  • Estudiar el uso y aplicación de herramientas para el análisis de señales y sistemas en el dominio de la frecuencia, ası́ como elementos tales como la densidad espectral de potencia y energı́a, el cepstrum y otras más.
  • Identificar algunas otras representaciones más elaboradas para señales y sistemas, tales como los espectrogramas, la STFT (del inglés: Short Time Fourier Transform), la transformada Wavelet, el periodograma de Welch, y demás.
  • Abordar las principales técnicas de diseño de filtros digitales (FIR e IIR) lineales e invariantes en el tiempo. Reconocer las limitaciones de cada una de dichas técnicas.
  • Familiarizar al estudiante con las principales técnicas de localización y caracterización de fuentes de señal.
  • Ofrecer algunos de los elementos clave en el problema del reconocimiento y extracción de caracterı́sticas de las señales.

Beneficios del curso para el aspirante

El curso muestra un compendio de herramientas y conceptos en el tema de procesamiento digital de señales, que como ya se dijo, tiene alta presencia en un sinnúmero de aplicaciones y áreas de conocimiento. Hay una componente práctica que puede se de interés para aplicar las herramientas y conceptos vistos en la componente teórica. El otro aspecto interesante es que durante el desarrollo teórico del curso se alienta a los asistentes a aplicar todo lo visto en su área particular de conocimiento.

Perfil del docente


Nombre: Freddy Bolaños Martínez

Hoja de vida: Link

Ingeniero Electrónico con Maestría y Doctorado en Ingeniería, con Énfasis en Electrónica. Profesor de la Universidad Nacional de Colombia por más de doce años, en los temas de Electrónica Análoga, Procesadores, Telecomunicaciones, y Procesamiento Digital de Señales. Sus intereses de investigación están relacionados con los temas de diseño de arquitecturas digitales de alto desempeño, y con el procesamiento digital de señales.

Contenido de la asignatura

De manera muy resumida, se puede dividir el curso en los siguientes bloques de tema principales:

01

Conceptos y herramientas fundamentales.

02

Acondicionamiento y mejoramiento de las señales.

03

Localización y caraterización de fuentes de señal.

04

Extracción de caracterı́sticas / Reconocimiento de patrones.

Metodología

El curso de Tópicos Avanzados en Procesamiento Digital de Señales se aborda desde su componente teórica por medio clases magistrales impartidas por el profesor, sobre los temas y conceptos clave. En clase también se recurrirá a materiales de apoyo, tales como simulaciones, videos, programas y demás, para ayudar a reforzar dichos conceptos.

La componente teórica se complementa con dos estrategias: En primer lugar, a lo largo del semestre se publicarán una serie de talleres−laboratorio, que cada uno de los estudiantes deberá desarrollar en tiempo propio. A partir del desarrollo de dichas actividades, deberá presentarse un informe que recoja los resultados obtenidos en los talleres y las principales conclusiones derivadas. Los informes deberán sustentarse de manera oral al profesor en un horario asignado previamente.

En segundo lugar, se plantea la elaboración de un proyecto a lo largo del semestre, que preferiblemente debe estar orientado al desarrollo del trabajo de grado o tesis de cada estudiante. Sin embargo, se proponen los siguientes temas libres, y se contempla también la posibilidad que los estudiantes sugieran algún tema relacionado con el contenido del curso:

  • Velocimetrı́a por procesamiento de imágenes (PIV).
  • Diseño de filtros digitales.
  • Aplicación de la transformada Wavelet.
  • Aplicación de procesamiento de imágenes para extracción de caracterı́sticas.
  • Técnicas para localización de fuentes.
  • Implementación de la transformada rápida de Fourier (FFT ).
  • Sistemas de procesamiento adaptable.
  • Identificación de sistemas: Procesamiento de Campo Acoplado (MFP:Matched−Field Processing).
  • Aplicaciones en sistemas radar o sonar.
  • Radares basados en arreglos: Phased Array Radars.
  • Sistemas de procesamiento de imágenes médicas.
  • Imágenes 3D basadas en ultrasonido.
  • Procesamiento de imágenes tomográficas.

Evaluación

La evaluación del proyecto contempla tres entregas a lo largo del semestre, tal y como se explica a continuación:

  • Planteamiento inicial: Se define el tema a desarrollar incluyendo objetivos, justificación, y un cronograma de actividades. En la tercera semana de clases se debe hacer una presentación oral de 10 minutos con los elementos enunciados. Esta presentación tiene un peso del 25 % sobre la nota total del proyecto.
  • Estado de avance: En este caso se hace una presentación oral de máximo veinte minutos, en la que se muestra el estado de ejcución del cronograma propuesto inicialmente, con resultados parciales y si ha sido necesario replantear algún aspecto de los establecidos inicialmente. Esta presentación tiene un peso del 25 % sobre la nota total del proyecto.
  • Exposición final: En este caso también se hace una presentación oral de máximo treinta minutos, en la que se muestra el desarrollo y principales resultados obtenidos. Esta presentación debe ir acompañada de un informe escrito, presentado en formato IEEE y preferiblemente en inglés (máximo 6 páginas). La exposición final tiene un peso del 30 % en la nota final del proyecto, y el informe escrito está ponderado con 20 % en la nota final.

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