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Multi-sensor multi-resolution data fusion modeling
Inspection analysis of 3D objects has progressed significantly due to the evolution of advanced sensors. Current sensors facilitate surface scanning at high or low resolution levels. In the inspection field, data from multi-resolution sensors have significant advantages over single-scale data. However, most data fusion methods are single-scale and are not suitable in their current form for multi-resolution sensors. Currently the main challenge is to integrate the diverse scanned information into a single geometric hierarchical model. In this work, a new approach for data fusion from multi-resolution sensors is presented. In addition, a correction function for data fusion, based on statistic models, for processing highly dense data (low accuracy) with respect to sparse data (high accuracy) is described. The feasibility of the methods is demonstrated on synthetic data that imitates CMM and laser measurements
Trois approches multiéchelles pour l'analyse de surface 2D½
L'analyse d'une surface 2D½ (z=f(x,y)) à plusieurs échelles a pour objectif la hiérarchisation des structures qui la composent, de façon à éliminer celles qui ne sont pas significatives au sens d'une métrique. Une première approche basée sur la métrique L∞ utilise des lignes isovaleur, autorisant le choix sélectif de la précision en hauteur. Les triangulations adaptatives, par insertion et par décimation, permettent quant à elles une modélisation de la surface en triangles pilotée par la métrique de Hausdorff, généralisant ainsi à la 3D la notion de tube de vectorisation en 2D. La dernière approche exploite la structure de décomposition en « Quadtree » de pavés surfaciques. Les choix, du type de pavé d'une part, et de la métrique permettant d'évaluer la distance du pavé à l'image d'autre part, offrent une grande souplesse de modélisation. Des algorithmes de passage entre ces trois appoches sont donnés
Efficient algorithms for arbitrary sample rate conversion with application to wave field synthesis
Arbitrary sample rate conversion (ASRC) is used in many fields of digital signal processing to alter the sampling rate of discrete-time signals by arbitrary, potentially time-varying ratios.
This thesis investigates efficient algorithms for ASRC and proposes several improvements. First, closed-form descriptions for the modified Farrow structure and Lagrange interpolators are derived that are directly applicable to algorithm design and analysis. Second, efficient implementation structures for ASRC algorithms are investigated. Third, this thesis considers coefficient design methods that are optimal for a selectable error norm and optional design constraints.
Finally, the performance of different algorithms is compared for several performance metrics. This enables the selection of ASRC algorithms that meet the requirements of an application with minimal complexity.
Wave field synthesis (WFS), a high-quality spatial sound reproduction technique, is the main application considered in this work. For WFS, sophisticated ASRC algorithms improve the quality of moving sound sources. However, the improvements proposed in this thesis are not limited to WFS, but applicable to general-purpose ASRC problems.Verfahren zur unbeschränkten Abtastratenwandlung (arbitrary sample rate
conversion,ASRC) ermöglichen die Änderung der Abtastrate zeitdiskreter
Signale um beliebige, zeitvarianteVerhältnisse. ASRC wird in vielen
Anwendungen digitaler Signalverarbeitung eingesetzt.In dieser Arbeit wird
die Verwendung von ASRC-Verfahren in der Wellenfeldsynthese(WFS), einem
Verfahren zur hochqualitativen, räumlich korrekten Audio-Wiedergabe,
untersucht.Durch ASRC-Algorithmen kann die Wiedergabequalität bewegter
Schallquellenin WFS deutlich verbessert werden. Durch die hohe Zahl der in
einem WFS-Wiedergabesystembenötigten simultanen ASRC-Operationen ist eine
direkte Anwendung hochwertigerAlgorithmen jedoch meist nicht möglich.Zur
Lösung dieses Problems werden verschiedene Beiträge vorgestellt. Die
Komplexitätder WFS-Signalverarbeitung wird durch eine geeignete
Partitionierung der ASRC-Algorithmensignifikant reduziert, welche eine
effiziente Wiederverwendung von Zwischenergebnissenermöglicht. Dies
erlaubt den Einsatz hochqualitativer Algorithmen zur Abtastratenwandlungmit
einer Komplexität, die mit der Anwendung einfacher konventioneller
ASRCAlgorithmenvergleichbar ist. Dieses Partitionierungsschema stellt
jedoch auch zusätzlicheAnforderungen an ASRC-Algorithmen und erfordert
Abwägungen zwischen Performance-Maßen wie der algorithmischen
Komplexität, Speicherbedarf oder -bandbreite.Zur Verbesserung von
Algorithmen und Implementierungsstrukturen für ASRC werdenverschiedene
Maßnahmen vorgeschlagen. Zum Einen werden geschlossene,
analytischeBeschreibungen für den kontinuierlichen Frequenzgang
verschiedener Klassen von ASRCStruktureneingeführt. Insbesondere für
Lagrange-Interpolatoren, die modifizierte Farrow-Struktur sowie
Kombinationen aus Überabtastung und zeitkontinuierlichen
Resampling-Funktionen werden kompakte Darstellungen hergeleitet, die sowohl
Aufschluss über dasVerhalten dieser Filter geben als auch eine direkte
Verwendung in Design-Methoden ermöglichen.Einen zweiten Schwerpunkt bildet
das Koeffizientendesign für diese Strukturen, insbesonderezum optimalen
Entwurf bezüglich einer gewählten Fehlernorm und optionaler
Entwurfsbedingungenund -restriktionen. Im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen
werden solcheoptimalen Entwurfsmethoden auch für mehrstufige
ASRC-Strukturen, welche ganzzahligeÜberabtastung mit zeitkontinuierlichen
Resampling-Funktionen verbinden, vorgestellt.Für diese Klasse von
Strukturen wird eine Reihe angepasster Resampling-Funktionen
vorgeschlagen,welche in Verbindung mit den entwickelten optimalen
Entwurfsmethoden signifikanteQualitätssteigerungen ermöglichen.Die
Vielzahl von ASRC-Strukturen sowie deren Design-Parameter bildet eine
Hauptschwierigkeitbei der Auswahl eines für eine gegebene Anwendung
geeigneten Verfahrens.Evaluation und Performance-Vergleiche bilden daher
einen dritten Schwerpunkt. Dazu wirdzum Einen der Einfluss verschiedener
Entwurfsparameter auf die erzielbare Qualität vonASRC-Algorithmen
untersucht. Zum Anderen wird der benötigte Aufwand bezüglich
verschiedenerPerformance-Metriken in Abhängigkeit von Design-Qualität
dargestellt.Auf diese Weise sind die Ergebnisse dieser Arbeit nicht auf WFS
beschränkt, sondernsind in einer Vielzahl von Anwendungen unbeschränkter
Abtastratenwandlung nutzbar