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Neue Prozessführung zur Herstellung endlosfaserverstärkter Leichtbaustrukturen im Spritzgießverfahren
No full textIn dieser Arbeit wurden wesentliche Grundlagen für eine qualitätsorientierte und materialgerechte Gesamtprozessgestaltung mit besonderem Augenmerk auf der Großserienfertigung von endlosfaserverstärkten Leichtbauteilen erarbeitet und an mehreren praxisrelevanten Bauteilen erfolgreich validiert. Darüber hinaus wurden die Prozessdaten automatisiert ausgewertet und für eine Überwachung des Heizvorgangs genutzt. Als die wichtigsten Parameter für den Aufheizvorgang werden dabei die Heizrate und -zeit sowie die Temperaturen in den einzelnen Regelzonen identifiziert und zur Prozesssteuerung herangezogen. Durch die Verknüpfung der einzelnen Regelzonen mit dem neuen Kaskadenregler kann sichergestellt werden, dass alle Regelstellen innerhalb der Heizstation zur gleichen Zeit ihre jeweilige Solltemperatur erreichen. Somit kann eine durchgängige Prozesskontrolle des Aufheizvorgangs umgesetzt und zusammen mit der etablierten Prozessüberwachung für den Spritzgießprozess der kompletten Herstellungsprozesses von Leichtbauteilen überwacht werden. Diese Arbeit trägt folglich zur Umsetzung der
Fertigung von endlosfaserverstärkten Thermoplastbauteilen in Großserie wesentlich bei, was unter besonderer Berücksichtigung der Bedingungen bei der Produktion in einer 3-Schicht Produktion erfolgreich validiert wurde.:1 Einleitung
2 Problemstellung und Zielsetzung
3 Stand von Wissenschaft und Technik
4 Prozessspezifische Betrachtung der neuen Anlagenkonfiguration
5 Neue Methodik zur materialgerechten Prozessführung
6 Validierung der entwickelten Prozessführung
7 Applikation der neuen Methode in Großserie
Anhang A Materialdate
Piezoelektrische Mikrosysteme: Entwurf, Fertigung und Charakterisierung piezoelektrischer mikroelektromechanischer Wandlersysteme auf Basis von Aluminiumnitrid
No full textIn diesem Buch werden die theoretischen Grundlagen sowie das spezifische Fachwissen für den Entwurf und die Herstellung von piezoelektrischen Mikrosystemen mit Fokus auf Dünnschicht-Aluminiumnitrid als Wandlermaterial vermittelt. Vom einfachen Beispiel des Freiträgers bis hin zu komplexen Mikrosystemen aus der Forschung und Entwicklung wird die Anwendung des theoretischen Wissens praktisch aufgezeigt. Eine Anwendung liegt im Bereich der aktiven Mikrooptiken mit piezoelektrischen mikro-opto-elektromechanischen Systemen, unter anderem für die Fluoreszenz-Endoskopie. Darüber hinaus wird ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor vorgestellt, der intrinsisch Ladungsträger generiert und für energieeffiziente und energieautonome Systeme eingesetzt werden kann. Zudem werden der Entwurf, die Charakterisierung und Fertigung von hoch miniaturisierten, piezoelektrischen Ultraschallwandlern auf Basis der Mikrotechnologien aufgezeigt
Kinematische Auslegung von Wellgetrieben in 2D
No full textAdditiv gefertigte Strukturen, insbesondere Gyroidgitter, zeichnen sich durch ihre einzigartige Geometrie aus, die erhebliche Vorteile für die Effizienz und Leistungsfähigkeit von Wärmeübertragern bietet. Ziel dieses Beitrags ist die Entwicklung einer innovativen Vernetzungsstrategie, die eine präzise numerische Simulation der Wärmeübertragung in diesen Strukturen ermöglicht. Der Fokus liegt auf der effizienten Nutzung moderner numerischer Simulationswerkzeuge (CFD) in Kombination mit der am Laserinstitut der Hochschule Mittweida (LHM) entwickelten Mikro-SLM-Technologie, die die Fertigung hochpräziser Geometrien aus 316L-Edelstahl erlaubt. Neben der impliziten Konstruktion konzentriert sich der Beitrag auf spezifische Vernetzungsstrategien im Preprocessing der CFD-Simulation. Dazu gehören die Iteration von Wachstumsraten zur Grenzschichtvernetzung, insbesondere für das SST-k-omega-Turbulenzmodell, sowie das Wrapped-Meshing mit Interfacebildung und die Optimierung von Aspektverhältnissen bei Polyhedralen Elementen. Diese Techniken verbessern die Netzqualität erheblich und fördern die Lösungskonvergenz, was zu einer robusteren Abbildung physikalischer Prozesse führt. Die Ergebnisse zeigen, dass die entwickelte Vernetzungsstrategie den Rechenaufwand deutlich reduziert, ohne die Genauigkeit der Simulationsergebnisse zu beeinträchtigen. Experimentelle Validierungen am Prüfstand bestätigen die Simulationsergebnisse und zeigen das Potenzial für die industrielle Umsetzung innovativer Wärmeübertrager.Additively manufactured structures, especially gyroid lattices, are characterized by their unique geometry, which offers significant advantages for the efficiency and performance of heat exchangers. The aim of this work is to develop an innovative meshing strategy that allows a precise numerical simulation of the heat transfer within these structures. The focus is on the efficient use of modern numerical simulation tools (CFD) in combination with the micro-SLM technology developed at the Laser Institute of the University of Applied Sciences Mittweida (LHM), which allows the fabrication of high-precision geometries from 316L stainless steel. In addition to implicit modeling, the paper focuses on specific meshing strategies in the pre-processing phase of the CFD simulation. These include iterative growth rates for boundary layer meshing, especially for the SST-k-omega turbulence model, as well as wrapped meshing with interface creation and aspect ratio optimization of polyhedral elements. These techniques significantly improve mesh quality and promote solution convergence, resulting in a more robust representation of the physical processes. The results show that the developed meshing strategy significantly reduces the computational effort without compromising the accuracy of the simulation results. Experimental validations on test benches confirm the simulation results and highlight the potential for industrial implementation of innovative heat exchangers
Synthesis and investigation of neutral homoaromatic molecules and their photoswitching behavior
No full textIm Rahmen dieser Arbeit wurde die Herstellung der ersten Klasse von stabilen neutralen homoaromatischen Kohlenwasserstoffen, den Homoannulenen, etabliert. Ihre Zuordnung zu den Homoaromaten wurde systematisch anhand der Kriterien für Homoaromatizität durchgeführt. Experimentell wurde das magnetische Kriterium verifiziert, da in den Homoannulenen indirekt ein Ringstrom nachgewiesen wurde, was durch einen beobachteten Ringstromeffekt mittels NMR-Spektroskopie untermauert wurde. Durch die Analyse der Bindungslängen (erhalten durch Röntgenbeugungsanalyse an Einkristallen) wurde das geometrische Kriterium bestätigt, da eine signifikante Angleichung der Bindungslängen in den Homoannulenen festgestellt wurde. Neben den experimentell gewonnenen Indizien wurden auch quantenchemische Berechnungen durchgeführt (wie NICS- und ACID- Analyse), die mit den experimentellen erhaltenden Daten übereinstimmen. Die experimentellen und computerchemischen Daten deuteten darauf hin, dass Homoannulene moderate globale 10pi neutrale Homoaromaten sind, wobei eine verstärkte lokale Homoaromatizität im 6pi System des Cycloheptatrienyl-Fragmentes beobachtet wurde. Darüber hinaus wurde bei der Funktionalisierung von Homoannulenen eine Reaktivität vergleichbar zu Aromaten beobachtet, weil sie ähnlich wie in aromatischen Substitutionsreaktionen reagierten. Es zeigte sich, dass Homoannulene eine reversible photochemisch induzierte [1,11] sigmatrope Umlagerung zu Isohomoannulen durchlaufen, was Homoannulene strukturell zu neuartigen Photoschaltern macht. Darüber hinaus legen quantenchemische Berechnungen nahe, dass Isohomoannulen ein 10pi homoaromatisches System ist
Automatisierte Ausführungsemulation von Testprogrammen für Sensorsysteme
No full textEs wird eine Methodik zur Testprogrammverifikation und deren automatisierte Ausführung für ein namhaftes, industriell eingesetztes Testsystem vorgestellt. Der Ansatz basiert auf der Spezifikation von Bauteilvarianten. Die Bauteilantworten einer Variante werden während der Ausführung emuliert und ersetzen Messwerte physischer Bauteile durch das Testsystem. Die Generierung und Emulation der Bauteilvarianten erfolgen automatisiert. Es wird ausschließlich die Softwareumgebung des Testsystems benötigt. Weder physische Bauteile noch Online-Testzeit auf dem Testsystem sind notwendig
BLUME II-Vignettenstudie: Technischer Bericht zur DFG geförderten BLUME-Studie zu den ÜBerzeugungen von GrundschulLehrkräften zum Umgang mit Thema MEhrsprachigkeit
No full textDie BLUME-Studie ist als Mixed-Methods-Studie angelegt, in der die Überzeugungen von Grundschullehrkräften zum Umgang mit Mehrsprachigkeit mit verschiedenen methodischen Zugängen analysiert werden. Der vorliegende technische Bericht bezieht sich auf die Datenerhebung der DFG-geförderten BLUME II-Vignettenstudie (04/22-3/25), in der eine intensive theoretische und qualitativ-empirische Auseinandersetzung mit den Lehrkräfteüberzeugungen zum Umgang mit Mehrsprachigkeit im Grundschulunterricht erfolgte. Kern der BLUME II-Vignettenstudie ist die differenzierte Analyse des Gegenstands der Überzeugungen von Grundschullehrkräften. Es es insbesondere darum, die Überzeugungen in ihrer Vielschichtigkeit und auch Widersprüchlichkeit zu erforschen und mögliche Hierarchisierungen innerhalb der Überzeugungssysteme der Lehrkräfte sichtbar zu machen. Im vorliegenden technischen Bericht werden zum einen die theoriebasiert entwickelten Unterrichtsvignetten vorgestellt sowie die Pilotierungsphase, die Stichprobenziehung für die Hauptdatenerhebung und die Stichprobenzusammensetzung beschrieben.:0 Die BLUME-Studie: Kurzvorstellung der Teilstudien
1 Unterrichtsvignetten als Stimulus in der Interviewsituation
2 Pilotierungsphase
3 Stichprobenziehung für die Haupterhebung
4 Stichprobenbeschreibung
5 Transkriptionsregeln der BLUME-Interview
Renewable Borders: Summer School Across, October 23-27, 2023
No full textElectric consumption worldwide is projected to sharply increase in the coming decades, driven by population growth and the electrification of more and more human activities, like transportation, communication, industry, and housing. Electricity is thus becoming central to modern society. Most optimistic forecasts suggest that, by 2050, production will be primarily based on renewable energy sources, with the aim of achieving zero greenhouse gas emissions and reducing dependence on fossil fuels. The construction of the necessary infrastructure for this energy transition, such as solar and wind farms, is shaping significant economic, political, and social transformations, while also deeply influencing landscape quality and territorial configuration. Natural resources like the sun or wind do not recognize political borders, historical boundaries of regions or countries. On the contrary, they introduce a new dimension of a continuous, anonymous geography that blurs the conventional concept of borders. One of the aspects generally emphasised with the installation of solar and wind farms concerns their visual impact, and are emblematic of problems associated with the construction of extensive power plants in natural landscapes. Their construction consumes hundreds of hectares of land and significantly alters the skyline. However, these concerns seem to overshadow a more significant issue: the homogenization of territories as they repeat a single solution across the globe, even when the conditions of the sites are completely different. The technical design is an oversimplification of the problem, resulting in a single technology that is designed and implemented to varied scenarios without adapting to local conditions. The system components of this infrastructure are few in number and completely disregard the previous configuration of the territory and the problems traditionally associated with architecture. The built infrastructure of these plants severs any connection with the landscape and memory, it is devoid of any sense of place that evolved in response to historical development and the particular local idiosyncrasies. Traditional constructions, regardless of their technological development, were based on local techniques and materials, evolving with accrued intergenerational experience, with mutual their territory, technology, and architecture were intrinsically. The new renewable energy infrastructure also represents an unprecedented global imposition without the consensus of the local population, rapidly altering the territory’s configuration in just a few years. This imposition also causes a significant transformation of the traditional concept of borders, “lines” that separate tradition, language, or architectural resolution. In this sense, areas hosting these massive infrastructure often transition from productive tissues of the primary sector at the local level —mainly livestock and agriculture— to predominantly industrial ones that function on a global scale. However, these facilities rarely benefit the local population, as the energy produced is usually consumed hundreds of kilometres away. Furthermore, they operate autonomously, without labour, and are owned by large energy corporations, resulting in the distribution of profits among a few hands far away from the affected territories. These corporations are thus building a geography that is drastically different from what the first power plants of rudimentary technology could create. The new renewable facilities disregard the historical, cultural, social, economic, political, and architectural values rooted in the territory, solely to harness wind and solar energy as inexhaustible natural resources in electricity generation. The global implementation of these plants evokes a sense of loss, as it destroys the previous state formed over centuries. However, their construction offers a valuable opportunity to begin imagining the present transformation of the territory by adopting a multidisciplinary approach. The problem posed by these facilities, as we will see, transcends mere technological development and the foreseeable increase in consumption of resources as the only possible paths to progress. The terms “renewable” and “borders” precisely invite to incorporate other dimensions and disciplines to address this issue in a renewed and cross-cutting manner, forming a complex network through the knowledge provided by politics, landscape, history, art, and architecture. This publication, prepared on the occasion of the international workshop Renewable Borders —held in the German city of Chemnitz in October 2023— aims to offer different approaches to the problem of new renewable facilities and their relationship with border configurations. Can we still consider them as immutable lines destined to endure? How does energy production influence the evolution of these limits? What lexicon do we use to define it? In what ways can we represent them? Far from offering concrete answers, the six essays compiled in this publication pose new questions in an open and exploratory manner, uncovering a new field of inquiry that needs renewed thinking beyond the confines of borders.:10 Beyond borders
Carlos Gonzalvo and Julia Capomaggi
14 Frivolous energies
Alex Nathanson
18 Critical borders
Jakob Kullik
22 Renewable surfaces
Julia Capomaggi
40 Energy production in the cityscape
Dorota Gawryluk and Dorota Anna Krawczyk
44 Heritage and power
Marco Acri
46 Renewable lexicon
51 Students
52 Biographie
Least Squares in Sampling Complexity and Statistical Learning
No full textData gathering is a constant in human history with ever increasing amounts in quantity and dimensionality. To get a feel for the data, make it interpretable, or find underlying laws it is necessary to fit a function to the finite and possibly noisy data. In this thesis we focus on a method achieving this, namely least squares approximation. Its discovery dates back to around 1800 and it has since then proven to be an indispensable tool which is efficient and has the capability to achieve optimal error when used right.
Crucial for the least squares method are the ansatz functions and the sampling points. To discuss them, we gather tools from probability theory, frame subsampling, and -Marcinkiewicz-Zygmund inequalities. With that we give results in the worst-case or minmax setting, when a set of points is sought for approximating a class of functions, which we model as a generic reproducing kernel Hilbert space. Further, we give error bounds in the statistical learning setting for approximating individual functions from possibly noisy samples. Here, we include the covariate-shift setting as a subfield of transfer learning. In a natural way a parameter choice question arises for balancing over- and underfitting effect. We tackle this by using the cross-validation score, for which we show a fast way of computing as well as prove the goodness thereof.:1 Introduction
2 Least squares approximation
3 Reproducing kernel Hilbert spaces (RKHS)
4 Concentration inequalities
5 Subsampling of finite frames
6 L2 -Marcinkiewicz-Zygmund (MZ) inequalities
7 Least squares in the worst-case setting
8 Least squares in statistical learning
9 Cross-validation
10 Outloo
Entwicklung einer End-of-Line Körperschallprüfmethodik für hochintegrierte elektrifizierte Antriebstopologien
No full textDie rasant ansteigenden Produktionsvolumina von elektrifizierten Fahrzeugen stellen für die jeweiligen Hersteller ein ungemein hohes Risiko dar, da neu industrialisierte Antriebstopologien innerhalb kürzester Zeit in großvolumigen Prozessketten gefertigt werden müssen. Neben der notwendigen produzierten Quantität muss jedoch auch die ausgelieferte Qualität höchsten Ansprüchen genügen. Im Gegensatz zu konventionellen Antrieben kann hierfür nicht auf jahrzehntelange Erfahrungsschätze von möglichen Fehlerfällen im Produktionssystem zurückgegriffen werden. Daher befasst sich diese Arbeit
mit der Entwicklung einer körperschallbasierten Prüfmethodik am Bandende (End-of-Line, EOL) zur Identifikation und Benennung von fehlerhaften Antriebseinheiten. Durch die hochintegrierte Bauweise ergibt sich eine hohe Anzahl an kompetierenden Anregungsmechanismen, welche traditionellen Analysen keine eindeutige Fehlerzuordnung erlaubt. Zum Verständnis der gesamten Prüfkette werden die einzelnen Komponenten (Sensorik, Drehzahlprofile, Verarbeitung der Rohdaten, etc.) beleuchtet und ein taktzeittaugliches Prüfprofil vorgestellt. Hierauf basierend werden Sensitivitäten hinsichtlich toleranzbehafteter Merkmale wie Lagersitzpositionen oder Unwuchten bestimmt und Fehlermechanismen von Grund auf hergeleitet. Die resultierende Überbestimmung von praktisch jeder Maschinenordnung wird mithilfe der in dieser Arbeit entwickelten reduzierten Differenzkoinzidenz-Metrik (RDKM) signifikant reduziert. Die erarbeiteten Analysatoren werden zu einem allgemeinen Fehlerkatalog zusammengefasst und auf Validität mittels realer Fehlerfälle erfolgreich überprüft. Die RDKM-Methodik wird mittels Grenzmusteraufbauten auf die Separationseigenschaft gegenüber einer normalen Serienstreuung untersucht und allgemein anwendbare Grenzwerte hergeleitet. Abschließend befasst sich diese Arbeit mit der Produktionsskalierbarkeit durch weitere End-of-Line-Prüfstände und mit der notwendigen Adaptionsfähigkeit aufgrund von Chargenwechseln oder Produktanpassungen über Zeit.:1 Einleitung 11
2 Stand der Technik 15
2.1 Körperschall-Anregungsmechanismen 15
2.1.1 Exzentrizitätsanregungen 15
2.1.2 Getriebeanregungen 16
2.1.3 Magnetfeldanregungen 17
2.1.4 Wälzlageranregungen 20
2.2 Fehleridentifikationsverfahren 22
2.2.1 Maschinenüberwachung 22
2.2.2 EOL-Prüfstände 24
2.2.3 Unterschiede zwischen End-of-Line und Maschinenüberwachung 26
2.3 EOL-Körperschallprüfung bei Antriebsaggregaten 27
2.4 Messreplikation 27
2.5 Mathematische Methoden 28
3 Zielsetzung 33
4 Beschreibung der Prüflingstopologie und Prüfstände 37
4.1 Elektrische Antriebstopologie 37
4.2 Beschreibung der Prüfstände 38
4.2.1 Inline Prüfstand (IL) 38
4.2.2 End-of-Line Prüfstand (EOL) 40
5 Messkonzeption und Sensorik 43
5.1 Sensorik 43
5.1.1 Beschreibung taktiler Sensorik 43
5.1.2 Bewertung relevanter Restriktionen 45
5.2 Drehzahlprofil 46
5.2.1 Evaluation notwendiger Drehzahlgradienten 46
5.2.2 Nichtlineare Drehzahländerungen 50
5.3 Vorverarbeitung der Rohdaten 50
5.4 Wahl der Fourierparameter 51
5.4.1 Einfluss Fensterung 52
5.4.2 Mittelung der Messwerte 53
5.5 Resultierende Messgenauigkeiten 55
6 Körperschallanregungsmechanismen 57
6.1 Identifikation von Normanregungen 57
6.1.1 Dominante Pegel 57
6.1.2 Normalisierung über Box-Cox Transformation 57
6.1.3 Evaluation 58
6.2 Sensitivitätsanalyse 61
6.2.1 Vorgehen 61
6.2.2 Zusammenfassung von Sensitivitäten 66
6.3 Vervollständigung theoretischer Anregungen 66
6.3.1 Lagerhochharmonische Anregung 66
6.3.2 Asymmetrische Seitenbänder 69
6.4 Bestimmungsgrad von Ordnungen 72
7 Fehleridentifikation 77
7.1 Ansatz und Methodik 77
7.1.1 Motivation 77
7.1.2 Mathematische Beschreibung des Ansatzes 78
7.1.3 Erweiterung um IL-Prüfstandsinformationen 81
7.2 Auswirkung auf Bestimmtheitsgrad 81
7.3 Fehlerkatalogisierung 82
7.3.1 Instanzierung von Fehlern 82
7.3.2 Fehlerlokalisation 85
7.4 Evaluation 86
7.4.1 Exemplarische Evaluation 86
7.4.2 Statistische Evaluation 89
8 Fehlerdetektion 93
8.1 Grenzfindung 93
8.1.1 Allgemeine Grenze 93
8.1.2 Spezifische Grenzen 94
8.1.3 Spezifierte allgemeine Prüfgrenzen 98
9 Skalierbarkeit der Prüfmethodik 101
9.1 Kapazitätsskalierbarkeit 101
9.1.1 Direkter Grenzübertrag 101
9.1.2 Statistischer Grenzübertrag 102
9.1.3 Evaluation der Übertragsmethodiken 104
9.2 Zeitskalierbarkeit 105
10 Zusammenfassung und Ausblick 109
10.1 Zusammenfassung 109
10.2 Ausblick 11
Spatio-Temporal Networks for Human Activity Recognition based on Optical Flow in Omnidirectional Image Scenes
No full textThe ability of human beings to perceive the environment around them with their visual system is called motion perception. This means that the attention of our visual system is primarily focused on those objects that are moving. The property of human motion perception is used in this dissertation to infer human activity from data using artificial neural networks. One of the main aims of this thesis is to discover which modalities, namely RGB images, optical flow and human keypoints, are best suited for HAR in omnidirectional data. Since these modalities are not yet available for omnidirectional cameras, they are synthetically generated and captured with an omnidirectional camera. During data generation, a distinction is made between synthetically generated omnidirectional data and a real omnidirectional dataset that was recorded in a Living Lab at Chemnitz University of Technology and subsequently annotated by hand. The synthetically generated dataset, called OmniFlow, consists of RGB images, optical flow in forward and backward directions, segmentation masks, bounding boxes for the class people, as well as human keypoints. The real-world dataset, OmniLab, contains RGB images from two top-view scenes as well as manually annotated human keypoints and estimated forward optical flow.
In this thesis, the generation of the synthetic and real-world datasets is explained. The OmniFlow dataset is generated using the 3D rendering engine Blender, in which a fully configurable 3D indoor environment is created with artificially textured rooms, human activities, objects and different lighting scenarios. A randomly placed virtual camera following the omnidirectional camera model renders the RGB images, all other modalities and 15 predefined activities. The result of modelling the 3D indoor environment is the OmniFlow dataset. Due to the lack of omnidirectional optical flow data, the OmniFlow dataset is validated using Test-Time Augmentation (TTA). Compared to the baseline, which contains Recurrent All-Pairs Field Transforms (RAFT) trained on the FlyingChairs and FlyingThings3D datasets, it was found that only about 1000 images need to be used for fine-tuning to obtain a very low End-point Error (EE). Furthermore, it was shown that the influence of TTA on the test dataset of OmniFlow affects EE by about a factor of three. As a basis for generating artificial keypoints on OmniFlow with action labels, the Carnegie Mellon University motion capture database is used with a large number of sports and household activities as skeletal data defined in the BVH format. From the BVH-skeletal data, the skeletal points of the people performing the activities can be directly derived or extrapolated by projecting these points from the 3D world into an omnidirectional 2D image. The real-world dataset, OmniLab, was recorded in two rooms of the Living Lab with five different people mimicking the 15 actions of OmniFlow. Human keypoint annotations were added manually in two iterations to reduce the error rate of incorrect annotations.
The activity-level evaluation was investigated using a TSN and a PoseC3D network. The TSN consists of two CNNs, a spatial component trained on RGB images and a temporal component trained on the dense optical flow fields of OmniFlow. The PoseC3D network, an approach to skeleton-based activity recognition, uses a heatmap stack of keypoints in combination with 3D convolution, making the network more effective at learning spatio-temporal features than methods based on 2D convolution. In the first step, the networks were trained and validated on the synthetically generated dataset OmniFlow. In the second step, the training was performed on OmniFlow and the validation on the real-world dataset OmniLab. For both networks, TSN and PoseC3D, three hyperparameters were varied and the top-1, top-5 and mean accuracy given. First, the learning rate of the stochastic gradient descent (Stochastic Gradient Descent (SGD)) was varied. Secondly, the clip length, which indicates the number of consecutive frames for learning the network, was varied, and thirdly, the spatial resolution of the input data was varied. For the spatial resolution variation, five different image sizes were generated from the original dataset by cropping from the original dataset of OmniFlow and OmniLab. It was found that keypoint-based HAR with PoseC3D performed best compared to human activity classification based on optical flow and RGB images. This means that the top-1 accuracy was 0.3636, the top-5 accuracy was 0.7273 and the mean accuracy was 0.3750, showing that the most appropriate output resolution is 128px × 128px and the clip length is at least 24 consecutive frames. The best results could be achieved with a learning rate of PoseC3D of 10-3.
In addition, confusion matrices indicating the class-wise accuracy of the 15 activity classes have been given for the modalities RGB images, optical flow and human keypoints. The confusion matrix for the modality RGB images shows the best classification result of the TSN for the action walk with an accuracy of 1.00, but almost all other actions are also classified as walking in real-world data. The classification of human actions based on optical flow works best on the action sit in chair and stand up with an accuracy of 1.00 and walk with 0.50. Furthermore, it is noticeable that almost all actions are classified as sit in chair and stand up, which indicates that the intra-class variance is low, so that the TSN is not able to distinguish between the selected action classes. Validated on real-world data for the modality keypoint the actions rugpull (1.00) and cleaning windows (0.75) performs best. Therefore, the PoseC3D network on a time-series of human keypoints is less sensitive to variations in the image angle between the synthetic and real-world data than for the modalities RGB images and optical flow.
The pipeline for the generation of synthetic data with regard to a more uniform distribution of the motion magnitudes needs to be investigated in future work.
Random placement of the person and other objects is not sufficient for a complete coverage of all movement magnitudes. An additional improvement of the synthetic data could be the rotation of the person around their own axis, so that the person moves in a different direction while performing the activity and thus the movement magnitudes contain more variance. Furthermore, the domain transition between synthetic and real-world data should be considered further in terms of viewpoint invariance and augmentation methods. It may be necessary to generate a new synthetic dataset with only top-view data and re-train the TSN and PoseC3D. As an augmentation method, for example, the Fourier Domain Adaption (FDA) could reduce the domain gap between the synthetically generated and the real-world dataset.:1 Introduction
2 Theoretical Background
3 Related Work
4 Omnidirectional Synthetic Human Optical Flow
5 Human Keypoints for Pose in Omnidirectional Images
6 Human Activity Recognition in Indoor Scenarios
7 Conclusion and Future Work
A Chapter 4: Flow Dataset Statistics
B Chapter 5: 3D Rotation Matrices
C Chapter 6: Network Training Parameter