RESUMO
Photoacoustic (PA) imaging has the potential to deliver non-invasive diagnostic information. However, skin tone differences bias PA target visualization, as the elevated optical absorption of melanated skin decreases optical fluence within the imaging plane and increases the presence of acoustic clutter. This paper demonstrates that short-lag spatial coherence (SLSC) beamforming mitigates this bias. PA data from the forearm of 18 volunteers were acquired with 750-, 810-, and 870-nm wavelengths. Skin tones ranging from light to dark were objectively quantified using the individual typology angle (ITA°). The signal-to-noise ratio (SNR) of the radial artery (RA) and surrounding clutter were measured. Clutter was minimal (e.g., -16 dB relative to the RA) with lighter skin tones and increased to -8 dB with darker tones, which compromised RA visualization in conventional PA images. SLSC beamforming achieved a median SNR improvement of 3.8 dB, resulting in better RA visualization for all skin tones.
RESUMO
Resumen El clutter es una señal interferente causada por la reflexión de la emisión del radar sobre la superficie que rodea al blanco. Tradicionalmente, se han utilizado las distribuciones K, Weibull, Log-Normal, Rayleigh y Pareto para representar el comportamiento del clutter sin embargo, varios estudios han señalado la aplicación de otras alternativas novedosas que pudieran ser más adecuadas que las distribuciones tradicionales. Este artículo presenta la modelación de tres alternativas novedosas, las distribuciones Log-Weibull, Pearson (Lévy) y Lomax, en un conjunto de funciones informáticas de MATLAB. El código implementado permite un acceso fácil a la manipulación de las funciones de densidad y distribución, a la generación de variables aleatorias, al cálculo de los momentos y a la estimación de los parámetros de las distribuciones abordadas. La implementación está concebida para brindar a la comunidad de radares herramientas de simulación de la respuesta de los detectores de radar ante un amplio rango de condiciones de operación, lo cual permite la creación de nuevos mecanismos de procesamiento. Asimismo, se viabiliza el estudio del eco electromagnético que se obtiene de las superficies terrestres y marinas, con posibles aplicaciones medioambientales. El código creado formará parte de la librería MATE-CFAR 2 que incluirá varias distribuciones de clutter y detectores de radar.
Abstract The clutter is a distortion signal caused by the reflection of the radar emission on the surface surrounding the target. Traditionally, the K, Weibull, Log-Normal, Rayleigh and Pareto distributions have been used for representing the clutter behavior; however several studies have pointed out the application of other innovative alternatives that may be best suited than the traditional distributions. This paper presents the modeling of three innovative alternatives: the Log-Weibull, the Pearson (Lévy) and the Lomax distributions, in a set of MATLAB functions. The implemented code provides an easy access to the handling of density and accumulative distribution functions, to the generation of random variables, to the computation of moments and to the estimation of the parameters of the addressed distributions. The implementation is conceived for providing the radar community with a tool for simulating the response of radar detectors against a wide range of operating conditions, which allows the creation of new processing mechanisms. Likewise, the investigation contributes to the study of the electromagnetic echo received form the ground and sea surfaces, with possible environmental applications. The created code will be assembled into the MATE-CFAR 2 library that will include several clutter distributions and radar detectors.
Resumo A clutter é uma comunicação de sinal pela reflexão da emisão do radar sobre a superfície que rodea ao branco. Tradicionalmente, utilizou as distribuições K, Weibull, Log-Normal, Rayleigh e Pareto para representar o comportamento da confusão; Sin embargo, vários estudos têm designado o uso de outras alternativas novedosas que contribuem para a garantia de reparações tradicionais. Este artigo apresenta a modelagem de três alternativas novedosas, as distribuições Log-Weibull, Pearson (Lévy) e Lomax, em conjunto de funções informáticas de MATLAB. O código implementado permite um acesso fácil à manipulação das funções de densidade e distribuição, uma geração de aleatorias de variáveis, uma avaliação dos momentos e uma estimativa dos parâmetros das distribuições abordadas. A implementação está projetada para brindar a comunidade de radares ferramentas de simulação de resposta de detectores de radar ante um amplio alcance de condições de operação, por favor permita a criação de novos mecanismos de processamento. Além disso, é possível viabilizar o estudo do eletro-eletromagnético eletrico que se ocupa das superfícies terrestres e marítimas, com possíveis aplicações meioambientales. O código criado formará parte da libração MATE-CFAR 2 que inclui várias distribuições de clutter e detectores de radar.
RESUMO
The performance of the CA-CFAR processor is affected by certain clutter variations. Although problems caused by sudden clutter changes have already been corrected in multiple CFAR proposals, the influence of slow statistical variations in the background signal is often ignored. To solve this problem, the authors estimated the optimal CA-CFAR threshold multiplier values necessary to adapt the processor to the clutter slow statistical changes. The application of the results guarantees that the operational false alarm probability of the processor will only exhibit a small deviation from the value conceived in the design. The clutter was simulated with a Pareto distribution with a known fluctuating shape parameter according to recent papers that strongly suggest the use of this distribution. The current research completes an important step in the design of an adaptive detector that operates without a priori knowledge of the shape parameter In addition, the authors provide mathematical expressions that allow the direct application of the results in the design of radar detectors.
El desempeño del procesador CA-CFAR es afectado por ciertas variaciones del clutter Mientras que los problemas causados por los cambios repentinos del clutter han sido corregidos por múltiples propuestas CFAR, se ignora frecuentemente la influencia de las variaciones estadísticas lentas de la señal de fondo. Para resolver este problema, los autores estimaron los valores óptimos del multiplicador del umbral CA-CFAR necesarios para adaptar el procesador a los cambios estadísticos lentos, garantizando por tanto que la probabilidad de falsa alarma del detector exhibirá solamente una ligera desviación con respecto al valor concebido en el diseño. El clutter fue simulado con una distribución Pareto con parámetro de forma conocido de antemano, de acuerdo a publicaciones recientes que sugieren fuertemente el uso de esta distribución. La investigación actual completa un paso importante en el diseño de detectores adaptativos que operan sin el conocimiento a priori del parámetro de forma. Adicionalmente, los autores proporcionan expresiones matemáticas que permiten la aplicación directa de los resultados en el diseño de detectores de radar.
O desempenho do processador CA-CFAR está afectada por certas variações da desordem. Enquanto os problemas causados por mudanças bruscas de lixo foram corrigidos para múltiplas propostas CFAR, é muitas vezes ignorado a influ-ência de variações estatísticas lento do sinal de fundo. Para resolver esse problema, os autores estimaram os valores ideais do limiar necessário multiplicador CA-CFAR para adaptar o processador para retardar alterações estatísticas, garantizando, portanto, a probabilidade de falsa detector de alarme apenas um ligeiro desvio da valor concebido no design. A desordem foi simulado com um parâmetro de distribuição de Pareto conhecidos na maneira previamente, de acordo com publicações recentes que sugerem fortemente a utilização desta distribuição. A investigação actual complete um passo importante na concepção de detectores adaptativas que operam sem conhecimento a priori do parâmetro de forma. Addi-cionalmente, os autores fornecem expressões matemáticas que permitem a aplicação direta dos resultados do projeto de detectores de radar.
RESUMO
Toothed whales produce echolocation clicks with source parameters related to body size; however, it may be equally important to consider the influence of habitat, as suggested by studies on echolocating bats. A few toothed whale species have fully adapted to river systems, where sonar operation is likely to result in higher clutter and reverberation levels than those experienced by most toothed whales at sea because of the shallow water and dense vegetation. To test the hypothesis that habitat shapes the evolution of toothed whale biosonar parameters by promoting simpler auditory scenes to interpret in acoustically complex habitats, echolocation clicks of wild Amazon river dolphins were recorded using a vertical seven-hydrophone array. We identified 404 on-axis biosonar clicks having a mean SLpp of 190.3 ± 6.1â dB re. 1â µPa, mean SLEFD of 132.1 ± 6.0â dB re. 1â µPa(2)s, mean Fc of 101.2 ± 10.5â kHz, mean BWRMS of 29.3 ± 4.3â kHz and mean ICI of 35.1 ± 17.9â ms. Piston fit modelling resulted in an estimated half-power beamwidth of 10.2â deg (95% CI: 9.6-10.5â deg) and directivity index of 25.2â dB (95% CI: 24.9-25.7â dB). These results support the hypothesis that river-dwelling toothed whales operate their biosonars at lower amplitude and higher sampling rates than similar-sized marine species without sacrificing high directivity, in order to provide high update rates in acoustically complex habitats and simplify auditory scenes through reduced clutter and reverberation levels. We conclude that habitat, along with body size, is an important evolutionary driver of source parameters in toothed whale biosonars.