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Untersuchungen zur Anwendung von computergenerierten Kamerabildern für die Entwicklung und den Test von Fahrerassistenzsystemen
Get PDFIn the thesis methods for the simulation based evaluation of camera supported driver assistance systems are developed. The definition “camera based” is used, because many systems use for the perception of the environment a camera and further sensors. The focused field of application for the methods is the hardware-in-the-loop test of driver assistance systems. The use case requires a functional end-to-end test of the electronic control units. Therefore the sensor data must be generated at the top of the signal processing pipeline. In the case of camera systems the generation of synthetic camera images by means of computer graphics is useful. The efforts are low compared to other systems, such as RADAR.
Before the application of a simulation it is essential to perform a validation, because models are always simplifications of the reality. Therefore the accuracy of the computer graphics simulation for a plausible stimulation of the image processing applications is evaluated. Further possible fields of application of the simulation for the test and development are defined.In dieser Dissertation werden Methoden zur Erprobung von kameraunterstützen Fahrerassistenz- und aktiven Sicherheitssystem in der Simulation entwickelt. Es wird die Definition `kameraunterstützt' eingeführt, da viele Systeme neben einer Kamera weitere Sensoren zur Wahrnehmung des Umfelds verwenden. Der Schwerpunkt der Anwendung der Methoden soll die Hardware-in-the-Loop Erprobung von vernetzten Fahrerassistenzsystemen sein. Dieser Anwendungsfall sieht einen End-To-End Test der Funktionen vor, d.h. die Sensordaten sollen möglichst am Beginn der Signalverarbeitung eingespeist werden. Im Falle, dass ein Kamerasystem stimuliert werden soll, bietet sich die Erzeugung eines synthetischen Kamerabilds mit Mitteln der Computergrafik an. Da im Vergleich zu anderen Sensoren, wie z.B. Radar, der Aufwand geringer ist. Durch die Einschränkung, dass ein Modell immer eine Vereinfachung der Realität ist, ist es von Wichtigkeit zu untersuchen, welchen Realismusgrad die Simulation für eine plausible Stimulation der Bildverarbeitung aufweisen muss. Weiterhin müssen mögliche Anwendungsfelder für die Simulation in der Erprobung und Entwicklung definiert werden
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Verarbeitung medizinischer Bilddaten mit Grafikhardware
Get PDFThe advancements in medical imaging over the past decades have been remarkable and so is the relevance for today's medical procedures. The various imaging techniques have significantly improved both diagnosis and treatment. New insights have been gained and new therapy approaches have been developed. However, these advancements come at high costs. The required hardware and infrastructure are getting increasingly expensive. The enormous amount of data, generated by the scanners, needs to be stored and the data has to be processed, which is very time-consuming. To deal with these difficulties, high performance computer systems and sophisticated algorithms are used. A significant improvement can be achieved by the use of modern graphics hardware. The vector architecture of graphics processors, which combines numerous processing units into a single processor, is particularly suitable to process many data elements with the same processing directives. With respect to image processing this architecture is also very advantageous since mostly all data elements of an image or volume are processed in the same way which maps perfectly onto the graphics hardware. In combination with the for data streaming optimized memory interface of graphics hardware, the performance gain is considerable in comparison to a conventional implementation. However, the progress in algorithms in combination with specialized hardware causes software that is difficult to use. Along with the huge variety of different imaging modalities and the associated algorithms, this makes it difficult for the physician to work efficiently with the software. To counteract this development, among other things, the software developers have to improve the graphical user interface of the applications and optimize the workflows. During the work on this thesis, the software framework MedAlyVis (Medical Analysis and Visualization) was developed to support the physician in the work with image data. The workflow of processing and visualizing the image data is integrated into the application and modules for the different steps are provided. For performance improvements, most of the modules make use of programmable graphics hardware. In the course of preprocessing, filtering and registration are particularly time-consuming tasks and thus leave room for performance enhancements. In visualization, as the native application area of the hardware, the algorithms contribute to performance improvements as well as to quality enhancements. Yet, all the presented approaches are only of use, if they are applied to actual scenarios in medicine. Traditionally neurosurgery plays a leading role in the employment of new techniques. Due to the highly complicated problems and surgeries, neurosurgeons willingly adopt the new techniques for their activities. Consequently, the approaches presented in this thesis were first applied to diffusion tensor imaging and neurovascular compression which are two practical problems in neurosurgery.Die Fortschritte in der medizinischen Bildgebung der letzten Jahrzehnte waren ebenso bemerkenswert wie ihre Bedeutung für die heutigen medizinischen Verfahren. Die verschiedenen Bildgebungstechniken haben sowohl die Diagnose als auch die Behandlung deutlich verbessert. Neue Einblicke wurden gewonnen und neue Therapieansätze wurden entwickelt. Aber diese Fortschritte sind teuer erkauft. Die benötigte Hardware und Infrastruktur werden zunehmend teurer. Die riesige Menge an Daten, die von den Scannern generiert wird, muss gespeichert und die Daten müssen zeitaufwändig aufgearbeitet werden. Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, werden Hochleistungsrechner und fortschrittliche Algorithmen verwendet. Eine erhebliche Verbesserung kann durch den Einsatz moderner Grafikhardware erreicht werden. Die Vektorarchitektur von Grafikprozessoren, die zahlreiche Recheneinheiten in einem einzigen Prozessor vereint, ist für die Verarbeitung von vielen Datenelementen mit gleicher Bearbeitungsvorschrift besonders gut geeignet. Mit Blick auf die der Bildverarbeitung ist diese Architektur ebenfalls sehr vorteilhaft, da meistens alle Datenelemente eines Bildes oder Volumens auf die gleiche Weise verarbeitet werden was wiederum ideal auf die Grafikhardware abgebildet werden kann. In Verbindung mit der auf Datenströme optimierten Speicherschnittstelle von Grafikhardware führt dies zu einem deutlichen Leistungsgewinn im Vergleich zu konventionellen Implementierungen. Der Fortschritt der Algorithmen in Verbindung mit spezialisierter Hardware bedingt jedoch Software, deren Benutzung kompliziert ist. Die Kombination mit der großen Anzahl an unterschiedlichen Bildmodalitäten erschwert es dem Arzt, effizient mit der Software zu arbeiten. Um dieser Entwicklung entgegenzuwirken müssen die Softwareentwickler unter anderem auch die grafische Benutzeroberfläche der Anwendungen verbessern und die Arbeitsabläufe optimieren. Während der Arbeiten zu dieser Dissertation wurde die Softwareumgebung MedAlyVis (Medical Analysis and Visualization) entwickelt um den Arzt bei seiner Arbeit mit Bilddaten zu unterstützen. Der Arbeitsablauf der Bearbeitung und Visualisierung von Bilddaten ist in die Anwendung, welche Komponenten für die verschiedenen Arbeitsschritte zur Verfügung stellt, integriert. Die meisten Komponenten machen dabei Gebrauch von programmierbarer Grafikhardware, um eine Leistungssteigerung zu erreichen. Im Zuge der Vorverarbeitung sind vor allem die Filterung und Registrierung besonders zeitaufwändige Aufgaben, die daher auch Potenzial für bessere Performanz besitzen. In der Visualisierung, dem ursprünglichen Anwendungsgebiet der Hardware, tragen die Algorithmen sowohl zur Leistungssteigerung als auch zur Qualitätsverbesserung bei. Alle vorgestellten Ansätze sind jedoch nur von Nutzen, wenn sie in realen Szenarien der Medizin Anwendung finden. Die Neurochirurgie spielt in diesem Zusammenhang traditionell eine Vorreiterrolle im Einsatz neuer Technologien. Aufgrund der extrem komplizierten Probleme und Eingriffe wenden Neurochirurgen gerne neue Techniken für ihre Aufgaben an. In dieser Arbeit wurden dazu die vorgestellten Ansätze zunächst auf praktische neurochirurgische Fragestellungen der Diffusionstensor-Bildgebung und neurovaskuläre Kompressionen angewandt
Optimization Techniques in Computer Graphics and Appearance Fabrication
No full textTobias Rittig Optimization Techniques in Computer Graphics and Appearance Fabrication Optimization, the process of improving an intermediate solution, has been applied in numerous fields of computer science and beyond. Visual computing has throughout been at the forefront of developing new techniques and applying them to synthesize or analyze visual reality. At the latest, the recent boom of deep learning has given attention to large- scale differentiable computation and the application of gradient-descent optimization. This thesis spans parts of this development in four shared first-author publications (three journal, one conference) and three co-authored journal papers. It shows how optimization algorithms are used in two distinct fields of computer graphics. First, the focus is on the emerging field of Appearance Fabrication using full-color 3D printing. We show the benefits of an iterative optimization loop on the sharpness and color accuracy of translucent printouts. Such a loop, consisting of a forward pre- diction and backward refinement, can be composed of various building blocks developed throughout the thesis. The forward prediction can be driven by accurate Monte Carlo path tracing or an approximate neural rendering solution. The backward refinement can rely on a heuristic or a gradient-descent..
Qualitätssteigerung der Echtzeitvisualisierung in der Fahrsimulation mittels programmierbarer Graphik-Hardware
Get PDFDriving simulation is an essential research and development tool in car engineering and other sciences world wide. It allows to study driver behavior as well as to analyze and evaluate new car devices at early development stages, saving costs and time. To obtain research results which are transferable to reality, subjects must be provided with a highly convincing simulation environment. The driving experience should feel as real as possible so that subjects behave as they would do when driving a real car. Since human vision is significant for real driving, highly realistic image generation must be a fundamental part of driving simulation. In the past, the simulation of human vision has been widely neglected in driving simulation. This thesis addresses this shortcoming and focuses on real-time rendering techniques to drastically improve the image quality in high-end driving simulation software. Advanced rendering techniques developed at the department of driving simulation of BMW Group Research and Technology are presented that are valuable for high-quality image generation. The techniques described include the generation and rendering of terrains, the reproduction of road surfaces, the visualization of cars, the simulation of light and shadows and more. Aside from analyzing existing methodologies, novel rendering techniques that address the aforementioned visualization issues in driving simulation have been developed. All introduced algorithms are real-time capable and are well suited for the implementation on programmable graphics hardware. The presented rendering techniques improve the image generation quality of driving simulation software dramatically. This leads the simulation of vision much closer to the final goal of photo realism.Auf weiten Gebieten der Forschung und Entwicklung hat sich die Simulation als Mittel zur Erkenntnisgewinnung über real ablaufende Vorgänge etabliert und bewährt. In der Automobilbranche wird die Fahrsimulation unter anderem dazu eingesetzt, prototypische Systeme, wie beispielsweise Anzeige-Bedien-Konzepte oder Fahrerassistenzsysteme kommender Produktgenerationen frühzeitig im Entwicklungsprozess zu untersuchen. Die Simulation erlaubt es, die Anzahl der realen Testfahrten zu reduzieren und damit dem zunehmenden Kostendruck und den kürzer werdenden Produktzyklen der Industrie gerecht zu werden.Weiterhin lassen sich in der Simulation kritische Verkehrssituationen nachstellen, ohne dabei Risiken einzugehen. Damit die Simulationsuntersuchungen Rückschlüsse auf die Wirklichkeit zulassen, ist es unerlässlich, dass die Simulation den Probanden einen möglichst realitätsnahen Eindruck vermittelt. Da die visuelle Wahrnehmung ein wesentliches Element der menschlichen Wahrnehmung darstellt, kommt der graphischen Darstellung in der Fahrsimulation eine maßgebliche Rolle zu. Die Bildgenerierung in der Fahrsimulation findet üblicherweise unter Verwendung von professioneller Computergraphik-Hardware statt. Über lange Zeit hinweg war diese Hardware-gestützte Graphikverarbeitung starr festgelegt und begrenzte die Möglichkeiten der Visualisierungstechnik, und damit auch der erzielbaren Realitätsnähe in der Fahrsimulation. Mit dem Aufkommen von programmierbarer Graphik-Hardware in den letzten Jahren eröffneten sich den Entwicklern von Visualisierungs-Software völlig neue Möglichkeiten die graphische Darstellung der Realität weiter anzunähern. Diese Möglichkeiten galt es auszuschöpfen und für die Fahrsimulation nutzbar zu machen. In dieser Arbeit wurde die bestehende Sichtsimulation der BMW Group Forschung und Technik zu Projektbeginn durch einen Fahrversuch analysiert und in Forschungsfelder kategorisiert. Die aufgespannten Forschungsfelder umfassen folgende Punkte: Die prozedurale Generierung von 3D-Szenerien, die realitätsnahe Darstellung dieser Modelle in Echtzeit, die Visualisierung von Straßenoberflächen und Fahrzeugen, die Simulation von Licht und Schatten sowie die Animation und witterungsbezogene Dynamik von Szenerien. Für die jeweiligen Forschungsfelder wurden bestehende Verfahren hinsichtlich der Tauglichkeit in der Fahrsimulation geprüft, bestehende Methoden zu Neuen kombiniert, sowie gänzlich neue Verfahren entwickelt. Die in dieser Arbeit entwickelten Visualisierungsverfahren tragen maßgeblich zur Steigerung der Realitätsnähe in der Fahrsimulation bei
Variations on the Author
Get PDF“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Get PDFWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
EAR - Einsatzsynchrone Artefakt Reduktion
Get PDFOne field of application for the cone beam computed tomography (CT) is the dimensional measurement of components as e. g. cast parts by means of a nominal/actual-value comparison. The interpretation of the measured data is impaired due to the artefacts typical to industrial CT. The Iterative Artefact Reduction (IAR) represents an effective method for homogeneous components. This thesis presents the Synchronous Artefact Reduction (Einsatzsynchrone Artefakt Reduktion EAR), a new correction concept, that is based on the IAR to some extent. The use of the available nominal volume expedites the artefact correction ompared to the IAR. For this purpose the nominal volume has to be registered during the data acquisition via some 2D-X-ray projections. The registered volume can be used for the simulation of length projections which are then related to the intensities. In order to be able to dispense with an initial knowledge on the sought transformation the registration is separated into a global and a local phase. The former uses barycentral lines to determine the translation. The rest of the registration is performed intensity based. In oder to obtain an appropriate merit function this thesis introduces the concept of the Total Catchment Area (Absoluten Einzugsbereich AEB). Current 2D-3D-merit functions are compared to this AEB-property and to the precision of the realised registration results which results in the use of Normalised Mutual Information.Ein Anwendungsgebiet der Kegelstrahlcomputertomographie (CT) ist die Prüfung der Maßhaltigkeit von industriellen Bauteilen wie z. B. Gußteilen mit Hilfe eines Soll-Ist-Vergleichs. Die Auswerteergebnisse werden durch die in der industriellen CT auftretenden Bildartefakte beeinträchtigt. Für homogene Bauteile existiert mit der Iterativen Artefakt Reduktion (IAR) eine wirkungsvolle Korrekturmethode. Diese Arbeit präsentiert mit der Einsatzsynchronen Artefakt Reduktion (EAR) ein neues, auf der IAR aufbauendes Korrekturkonzept. Durch Nutzung eines vorhandenen Soll-Volumens wird die Artefaktkorrektur im Vergleich zur IAR deutlich beschleunigt. Dafür muß das Soll-Volumen während der CT-Datenaufnahme mit Hilfe weniger 2D-Röntgenprojektionen registriert werden. Mit dem registrierten Volumen können Längenprojektionen simuliert und zu den gemessenen Röntgenintensitäten in Bezug gesetzt werden. Damit auf ein Vorwissen über die gesuchte Transformation verzichtet werden kann, wird die Registrierung in eine globale und lokale Phase unterteilt. Erstere benutzt für die Bestimmung der Translation die in dieser Arbeit eingeführten Schwerpunktsgeraden. Die übrigen Registrierungsschritte verlaufen intensitätsbasiert. Um eine geeignete Gütefunktion zu bestimmen, wird in dieser Arbeit der Begriff des Absoluten Einzugsbereiches (AEB) eingeführt. Gängige 2D/3D-Gütefunktionen werden auf ihre AEB-Eigenschaften hin untersucht, ferner wird die Genauigkeit der erzielten Registrierungsergebnisse verglichen, was zur Benutzung von Normalised Mutual Information führt
Interaktive Darstellung von Landschaften: Realismus mittels prozeduraler Modelle und Grafik-Hardware
Get PDFThe photo-realistic reproduction of natural terrains is a classical challenge in computer graphics and the interactive display of non-trivial landscapes is only possible with recent graphics hardware. The reasons for this are the vast amount of data due to geometric detail of the terrain, vegetation and further objects, but also the inherent complexity of natural phenomena that are necessary to achieve convincing results. Realistic terrain rendering also has to consider the complex lighting conditions due to atmospheric scattering and further aspects such as the rendering of waterbodies and cloudscapes. One focus of this dissertation are procedural models for terrain elevation and texturing. They can either be used to create completely artificial, realistic landscapes, mimic real terrains by guiding the models with real-world data or augment acquired data with additional procedural detail. By this, we can reproduce natural scenes with the advantage of a compact procedural description. Another emphasis is placed on the interactive rendering of such terrains including specifically tailored level-of-detail methods and lighting computations for terrains and rendering techniques for complex plant models. We introduce a set of novel techniques and algorithms that address the aforementioned problems and achieve results in real-time with photo-realistic image quality using programmable graphics hardware. In particular, we propose new algorithms for a data-guided height field creation, realistic terrain surface texture generation, a novel level-of-detail method for terrain rendering and hardware friendly, efficient point-based rendering and splatting techniques. We also provide a comprehensive presentation of underlying theories and related work to put our work in perspective of the research area.Die Reproduktion von natürlichen Landschaften in photo-realistischer Qualität ist eine der klassischen Herausforderungen in der Computergrafik und die interaktive Darstellung von nicht-trivialen Landschaften ist nur mit moderner Grafik-Hardware möglich. Die Gründe hierfür sind die gewaltigen Datenmengen, die aus dem geometrischen Detail der Landschaft, der Vegetation und weiteren Objekten resultieren, aber auch die inhärente Komplexität der natürlichen Phänomene, die simuliert werden müssen, um überzeugende Resultate zu erhalten. Realistische Landschaftsdarstellung muss u.a. die aufwändige Beleuchtungssituation aufgrund von atmospärischer Streuung und andere Aspekte, wie z.B. die Darstellung von Gewässern und Wolkenformationen, berücksichtigen. Einer der Schwerpunkte dieser Dissertation liegt auf prozeduralen Modellen für Landschaftsniveaus und -texturierung. Diese können entweder verwendet werden, um vollkommen künstliche, aber realistische Landschaften zu erzeugen, um reale Landschaften nachzuahmen, indem die Modelle reale Daten nachbilden, oder um erfasste reale Datensätze mit zusätzlichem prozeduralen Detail anzureichern. Dadurch ist es möglich, natürliche Szenen mit dem Vorteil einer kompakten, prozeduralen Beschreibung zu reproduzieren. Ein weiterer Schwerpunkt wurde auf die interaktive Darstellung dieser Landschaften gesetzt, wobei spezielle Detaillierungsgrad Methoden und Beleuchtungsberechnungen für Landschaften und Rendering Techniken für komplexe Pflanzenmodelle und Bodendetail zum Einsatz kommen. Dazu stellen wir neue Techniken und Algorithmen vor, die die oben genannten Probleme angehen und photo-realistische Bilder mittels programmierbarer Grafik-Hardware in Echtzeit erreichen. Insbesondere schlagen wir neue Algorithmen vor: Für die datengerichtete Erzeugung von Höhenfeldern; für die Erstellung realistischer Oberflächentexturen; für eine neuartige Detaillierungsgrad Methode zur Landschaftsdarstellung und effiziente Methoden für punktbasiertes Rendering und Splatting. Eine umfassende Beschreibung der zugrundeliegenden Theorien und zugehörigen Arbeiten erlaubt eine Einordnung dieser Arbeit in das entsprechende Forschungsgebiet
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