Real Time Implementation of the Omnidirectional Vision Construction Algorithm of the Panoptic Camera

The visual system of the flying insects is the source of inspiration for the presented hardware vision system. The faceted eyes of a common fly provide it with omnidirectional vision, egomotion and depth estimation. Utilizing the concept of faceted eyes, an omnidirectional camera is realized by layering CMOS image sensors over the surface of a hemispherical structure. This system is referred to as the Panoptic camera and it has two distinguished features. First, it is an omnidirectional camera capable of recording light information from any direction around its center. Second, it is a polydioptric system where each CMOS facet consists of a CMOS camera with a distinct focal plane; hence the full system is a multiple aperture camera

An FPGA implementation of an investigative many-core processor, Fynbos : in support of a Fortran autoparallelising software pipeline

Includes bibliographical references.In light of the power, memory, ILP, and utilisation walls facing the computing industry, this work examines the hypothetical many-core approach to finding greater compute performance and efficiency. In order to achieve greater efficiency in an environment in which Moore’s law continues but TDP has been capped, a means of deriving performance from dark and dim silicon is needed. The many-core hypothesis is one approach to exploiting these available transistors efficiently. As understood in this work, it involves trading in hardware control complexity for hundreds to thousands of parallel simple processing elements, and operating at a clock speed sufficiently low as to allow the efficiency gains of near threshold voltage operation. Performance is there- fore dependant on exploiting a new degree of fine-grained parallelism such as is currently only found in GPGPUs, but in a manner that is not as restrictive in application domain range. While removing the complex control hardware of traditional CPUs provides space for more arithmetic hardware, a basic level of control is still required. For a number of reasons this work chooses to replace this control largely with static scheduling. This pushes the burden of control primarily to the software and specifically the compiler, rather not to the programmer or to an application specific means of control simplification. An existing legacy tool chain capable of autoparallelising sequential Fortran code to the degree of parallelism necessary for many-core exists. This work implements a many-core architecture to match it. Prototyping the design on an FPGA, it is possible to examine the real world performance of the compiler-architecture system to a greater degree than simulation only would allow. Comparing theoretical peak performance and real performance in a case study application, the system is found to be more efficient than any other reviewed, but to also significantly under perform relative to current competing architectures. This failing is apportioned to taking the need for simple hardware too far, and an inability to implement static scheduling mitigating tactics due to lack of support for such in the compiler

Three-terminal tandem solar cells enabled by back-contacted bottom cells featuring passivating, carrier-selective polysilicon based junctions

This thesis investigates back-contacted (IBC) bottom solar cells with passivating and carrier-selective POLO contacts with three terminals (3T-POLO-IBC cell). Such cells form the foundation of monolithic three-terminal tandem solar cells. This novel tandem solar cell enables the use of sub-cells with mismatched photocurrents. Thus, this tandem solar cell technology platform offers the flexibility with respect to subcell material selection, the ease of fabrication, and a robustness to spectral variations of incident light over the course of the day and year. Three building blocks of the 3T POLO IBC bottom solar cell, which are based on each other, are examined: First, the passivating and carrier-selective POLO contact. Second, the integration of POLO contacts on the rear side of a solar cell. Third, the principle of operation of a bottom cell with three terminals. In the first part, the process of charge carrier extraction at selective contacts to the photoabsorber is theoretically explored. The selectivity of a contact is defined on the basis of (reaction) kinetic considerations at the contact in terms of the rate ratio of desired processes to undesired processes. The extraction efficiency of charge carriers at the contact is derived as the ratio of the external voltage versus the internal voltage from a thermodynamic point of view. To emphasize the unifying nature of the definitions in this thesis, the existing literature definitions are calculated from the definitions in this thesis. The extraction efficiency is related to the selectivity coefficient of the contact and the limiting efficiency of a silicon solar cell with given contact selectivity is calculated accordingly. After the detailed theoretical investigation on selectivity, the properties of n+ and p+ POLO contacts are examined. Low saturation current densities between 2 fA/cm² and 18 fA/cm² and contact resistivities between 0.4mOhmcm² and 10mOhmcm² are found at the same time. It is shown that the efficient carrier transport of majority carriers is ensured by pinholes in the interfacial oxide. The resulting logarithmic selectivity coefficient of POLO contacts is determined to be above 15, which is one of the highest values measured. This makes POLO contacts predestined for solar cells with the highest efficiencies. POLO contacts are integrated on the rear side of a back-contact cell with POLO contacts for both polarities. Thereby, the p+ and n+ doped poly-Si on the backside of the solar cell form a parasitic graded p+n+ junction within the defect-rich poly-Si with a carrier lifetime of a few picoseconds. The arising recombination limits the achievable efficiency of the POLO-IBC cell to about 18%. For this reason, the parasitic junction is removed during the cell fabrication process by wet-chemically introducing a trench between the n+- and p+-doped poly-Si regions. The POLO-IBC cell with isolated n+- and p+ poly-Si regions achieves a certified efficiency of 24.25%. For the last part, a third POLO contact is added to the POLO-IBC cell and the 3T-IBC bottom cell is studied in detail using current-voltage measurements. First, the different realization options for a 3T tandem solar are sorted and the corresponding nomenclature is presented. Two different 3T IBC bottom cell architectures are identified. The first one – the unijunction bottom solar cell – contains a single minority carrier contact and two majority carrier contacts. The second one – the bipolar junction bottom solar cell – on the other hand, has two minority carrier contacts and a single majority carrier contact. Both 3T bottom cell architectures are fabricated based on a modified POLO-IBC fabrication process. The principles of operation and loss mechanisms are elucidated using J-V measurements on illuminated devices and by means of analytical modeling. The experiments show that the third contact of a 3T unijunction and bipolar junction bottom cell allows the collection or injection of additional minority or majority carriers from or into the bottom cell. Ideally, the power output of such a 3T bottom cell is nearly independent of the current density applied by the top cell. Therefore, no current matching of both subcells is required. However, the transport of majority carriers or minority carriers through the unijunction or bipolar junction bottom cell causes a loss, which, however, can be made negligible by a specific design of the bottom cell. The design rules are explained in detail. After the detailed investigations, a 3T unijunction bottom cell with a textured n+-POLO front contact with an efficiency of 20.3% and a simplified screen-printed PERC-like 3T bipolar junction bottom cell with 14.4% are developed. The latter is an attractive approach to utilize the dominant PERC technology in a low-cost tandem solar cell with maximum energy yield. Finally, the first 3T GaInP//POLO-IBC tandem cell demonstrator is fabricated with an efficiency of 27.3% and a net efficiency gain of 0.9% is demonstrated compared to the 2T operation of the 3T tandem cell.Die vorliegende Arbeit untersucht Rückkontakt-Bottomsolarzellen mit passivierenden und ladungsträger-selektiven POLO-Kontakten mit drei Anschlüssen (3T-POLO-IBC-Bottomzelle). Sie bilden das Fundament monolithischer Tandemsolarzellen mit drei Anschlüssen. Diese neuartigen Tandemsolarzelle erlaubt die Verwendung von Subzellen, dessen Fotoströme fehlangepasst sind. Damit bietet diese Tandemsolarzellen-Technologie Flexibilität bei der Materialauswahl der Subzellen, einfache Herstellbarkeit und Robustheit gegenüber spektraler Änderung des einfallenden Lichts im Tages- und Jahresverlauf. Es werden drei aufeinander aufbauende Bausteine der 3T-POLO-IBC-Bottomsolarzelle untersucht: Erstens, der passivierende und ladungsträger-selektive POLO-Kontakt. Zweitens, die Integration von POLO-Kontakten auf der Rückseite der Solarzelle. Drittens, die Funktionsweise einer Bottomzelle mit drei Anschlüssen. Im ersten Teil wird der Prozess der Ladungsträgerextraktion an selektiven Kontakten zum Fotoabsorber theoretisch ergründet. Die Selektivität eines Kontaktes wird auf der Grundlage von (reaktions-) kinetischen Betrachtungen am Kontakt als das Ratenverhältnis gewollter Prozesse zu ungewollten Prozessen definiert. Die Extraktionseffizienz von Ladungsträgern am Kontakt wird als das Verhältnis der externen Spannung gegenüber der internen Spannung aus thermodynamischen Gesichtspunkten abgeleitet. Um den vereinheitlichenden Charakter der Definitionen in dieser Arbeit hervorzuheben, werden die bestehenden Literatur-Definitionen aus den Definitionen in dieser Arbeit berechnet. Die Selektivität und Extraktionseffizienz werden miteinander korreliert und daraus der Wirkungsgrad einer Solarzelle mit vorgegebener Kontaktselektivität errechnet. Nach der detaillierten theoretischen Untersuchung der Selektivität werden die Eigenschaften von n+ und p+ POLO-Kontakten untersucht. Es werden niedrige Sättigungsstromdichten zwischen 2 fA/cm² und 18 fA/cm² und gleichzeitig Kontaktwiderstände zwischen 0,4 mOhmcm² und 10 mOhmcm² ermittelt. Es wird gezeigt, dass der effiziente Ladungsträgertransport der Majoritäten durch Pinholes im Grenzflächenoxid sichergestellt wird. Der resultierende logarithmische Selektivitäts-Koeffizient von POLO-Kontakten wird auf über 15 bestimmt. Damit gehören POLO-Kontakte zu den Kontakten mit der höchsten Selektivität und sind für Solarzellen mit höchsten Effizienzen prädestiniert. Die POLO-Kontakte werden auf der Rückseite einer Rückkontaktzelle mit POLO-Kontakten für beide Polaritäten integriert. Dabei formt das p+ und n+ dotierte Poly-Si auf der Rückseite der Solarzelle einen parasitären, gradierten p+n+-Übergang im defektreichen Poly-Si mit einer Ladungsträgerlebensdauer von wenigen Pikosekunden. Die resultierende Rekombination limitiert die erreichbare Effizienz der POLO-IBC-Zelle auf etwa 18%. Aus diesem Grund wird der parasitäre Übergang während des Zellherstellungsprozesses entfernt, indem ein Graben zwischen die n+- und p+-dotierten Poly-Si-Regionen nasschemisch eingebracht wird. Die POLO-IBC-Zelle mit isolierten n+- und p+-Poly-Si-Gebieten erzielt einen zertifizierten Wirkungsgrad von 24,25%. Für den letzten Baustein wird die POLO-IBC-Zelle um einen dritten POLO-Kontakt ergänzt und die 3T-IBC-Bottomzelle mittels Strom-Spannungsmessungen im Detail untersucht. Zuerst werden die unterschiedlichen Realisierungsmöglichkeiten für eine 3T-Tandemsolar einsortiert und die dazugehörige Nomenklatur vorgestellt. Dabei werden zwei verschiedene 3T-IBC-Bottomzellen-Architekturen unterschieden. Eine Unijunction-Bottomsolarzelle enthält einen einzigen Minoritätsladungsträgerkontakt und zwei Majoritätsträgerkontakte. Eine Bipolar-Junction-Bottomsolarzelle hingegen hat zwei Minoritätsladungsträgerkontakte und einen einzigen Majoritätsladungsträgerkontakt. Beide 3T-Bottomzell-Architekturen werden auf Basis eines modifizierten Herstellungsprozesses für POLO-IBC-Solarzellen realisiert. Das Funktionsprinzip und die Verlustmechanismen werden mit Hilfe von J-V -Messungen an beleuchteten Bauelementen und mit Hilfe analytischer Modellierung untersucht. Die Experimente zeigen, dass der dritte Kontakt einer 3T-Unijunction- und Bipolar-Junction-Bottomzelle das Sammeln oder Injizieren von zusätzlichen Minoritäts- oder Majoritätsladungsträgern aus der oder in die Bottomzelle ermöglicht. Im Idealfall ist die Leistungsabgabe einer solchen 3T-Bottomzelle nahezu unabhängig von der Stromdichte, die von der Topzelle angelegt wird. Daher ist keine Stromanpassung beider Subzellen erforderlich. Allerdings verursacht der Transport von Majoritätsladungsträgern bzw. Minoritätsladungsträgern durch die Unijunction- bzw. Bipolar-Junction-Bottomzelle hindurch einen Verlust, welcher jedoch durch eine gezielte Auslegung der Bottomzelle vernachlässigbar klein ausfallen kann. Die Auslegung wird im Detail erläutert. Schließlich wird eine 3T-Unijunction-Bottomzelle mit einem texturierten n+-POLO-Frontkontakt mit einem Wirkungsgrad von 20,3% und eine vereinfachte siebgedruckte PERC-ähnliche 3T-Bipolar-Junction-Bottomzelle mit 14,4% entwickelt. Letztere ist ein attraktiver Ansatz, um die dominierende PERC-Technologie in einer kostengünstigen Tandemsolarzelle mit maximaler Energieausbeute zu nutzen. Abschließend wird der erste 3T-GaInP//POLO-IBC-Tandemzellen-Demonstrator mit einem Wirkungsgrad von 27,3% hergestellt und ein Netto-Wirkungsgradgewinn von 0,9% im Vergleich zum 2T-Betrieb der 3T-Tandemzelle demonstriert

Speleothem-based reconstruction of the palaeohydrology in the tropical western Pacific = Speläothem-basierte Rekonstruktion der Paläohydrologie im tropischen West-Pazifik

Die Monsune bilden ein immenses und dynamisches System, das den gesamten Globus umgibt und welches fast die Hälfte der Weltbevölkerung fundamental beeinflusst, sowohl in Bezug auf Wasserverbrauch, Landwirtschaft, Energie und Verkehr, als auch in Bezug auf Naturkatastrophen wie Überschwemmungen und Erdrutsche. Sie stellen gleichzeitig integrale Komponenten des Globalen Klimasystems dar, indem sie feuchte Luftmassen über große Entfernungen hinweg transportieren und die mächtigsten Niederschlagssysteme der Erde speisen. Trotz ihrer Bedeutung sind die Monsune noch nicht vollständig verstanden, insbesondere hinsichtlich globaler Erwärmung, und Klimamodelle müssen verbessert werden, um dieses Problem zu lösen. Um die Verbesserung von Klimamodellen zu unterstützen und das Verständnis der Monsundynamik in Südostasien zu vertiefen, fokussiert Teil 1 dieser Thesis auf die Generierung hochqualitativer Paläodaten aus zwei Stalagmiten aus zwei Höhlen in Nordvietnam, innerhalb der Übergangszone zwischen dem Indischen Sommermonsun (ISM) und dem Ostasiatischen Sommermonsun (EASM), aus welcher Paläodaten immer noch kaum vorhanden sind. Für die Rekonstruktion der lokalen und regionalen Klimabedingungen während der letzten 8.000 Jahre des Holozäns und während des Übergangs von dem Heinrich Stadial 1 zu der Bølling-Allerød Warmphase (16.2 – 13.4 ka BP) wird in dieser Thesis ein Multiproxyansatz angewendet, welcher die stabilen Isotope von Sauerstoff und Kohlenstoff, Spurenelemente sowie Kristallmorphologie-Typen kombiniert, in Verbindung mit einem Multiparameter-Monitoring der heutigen Höhlenumgebung. Die Ergebnisse spiegeln die Variabilität des Asiatischen Sommermonsuns (ASM) innerhalb der Übergangszone zwischen ISM und EASM auf sub-orbitaler Zeitskala bis zur Zeitskala von Jahrhunderten wider, in Übereinstimmung mit veröffentlichten Proxyaufzeichnungen aus Stalagmiten, anderen Umweltarchiven sowie Ergebnissen von Modellsimulationen. Die Multiproxyergebnisse werden vorrangig im Sinne von lokaler bis supra-regionaler Wasserverfügbarkeit und atmosphärischer Zirkulation interpretiert und unterstreichen die Bedeutung des ISM als Initiator des berühmten und kontrovers diskutierten δ18O-Signals in chinesischen Stalagmiten. Unter Berücksichtigung der neuen Multiproxy-Paläodaten scheint der Mechanismus des luvseitigen Ausregnens (upstream rainout mechanism) der wichtigste Prozess zu sein, welcher das supra-regionale Muster von Stalagmit-basierten δ18O-Aufzeichnungen erschafft, welches in den letzten zehn Jahren zutage getreten ist. Zudem wird basierend auf diesen neuen Daten die Hypothese aufgestellt, dass der Niederschlag, der die chinesischen Stalagmiten gebildet hat, einen signifikanten Anteil an isotopisch schwerem Regen hat, welcher sich wahrscheinlich aus einer nähergelegenen Quelle speist, etwa aus dem Chinesischen Meer. Die neuen Daten zu Kohlenstoffisotopen und Spurenelementen spiegeln lokale Schwankungen in der Wasserverfügbarkeit wider, sowie Ereignisse besonders hoher Infiltration und/oder Höhlenüberflutungen, welche damit in dieser Region zum ersten Mal rekonstruiert werden. Die Interpretation von Proxysignalen aus Speläothemen, wie in Teil 1 dieser Thesis durchgeführt, kann vereinfacht und verbessert werden, indem die heutigen Umwelt-Rahmenbedingungen in Bezug auf die Speläothembildung an dem jeweiligen Untersuchungsort in mehrjährigen Monitoring-Studien untersucht werden. Von besonderem Interesse ist hierbei die isotopische und geochemische Zusammensetzung des Tropfwassers, welches die Speläotheme bildet, die für die Generierung der geochemischen Zeitreihen aus Paläodaten verwendet werden. Um die fundamentale Verknüpfung zwischen Veränderungen dieser Proxysignale im Tropfwasser und den entsprechenden Schwankungen in deren natürlichen Auslösern wie etwa Niederschlag und Höhlenbelüftung herzustellen, müssen Tropfwässer über mehrere Monate bis Jahre wiederholt beprobt werden. Die wiederholte händische Tropfwasserbeprobung ist jedoch nicht nur zeitaufwänding, sondern auch teuer und logistisch anspruchsvoll, vor allem in weit entlegenen Gebieten mit schlechter oder ohne Infrastruktur – in denen sich die meisten Karsthöhlen befinden. Da dieses Problem nur durch Automatisierung gelöst werden kann, wurden im Rahmen dieser Thesis zwei automatische Tropfwasser-Probenehmer entwickelt, sie werden in Teil II dargestellt und diskutiert. Eine erste erfolgreiche Fallstudie unter Einsatz des zweiten Probenehmer-Prototypen zeigt den technischen Wert des Geräts selbst auf sowie den wissenschaftlichen Nutzen der Daten, die der automatische Probenehmer zugänglich macht. Zum ersten Mal wurde die Beziehung zwischen hochfrequenten Schwankungen der CO2-Konzentration in der Höhlenluft auf Zeitskalen von unter einem Tag und den daraus resultierenden hoch-frequenten Änderungen in den δ13CDIC-Werten (DIC = gelöster anorganischer Kohlenstoff) im Tropfwasser hergestellt und quantifiziert. Diese Beziehung hat wichtige Implikationen für die Speläothemforschung im Allgemeinen und die Interpretation von δ13C-Aufzeichnungen in Speläothemen im Besonderen

Proceedings of the 22nd Conference on Formal Methods in Computer-Aided Design – FMCAD 2022

The Conference on Formal Methods in Computer-Aided Design (FMCAD) is an annual conference on the theory and applications of formal methods in hardware and system verification. FMCAD provides a leading forum to researchers in academia and industry for presenting and discussing groundbreaking methods, technologies, theoretical results, and tools for reasoning formally about computing systems. FMCAD covers formal aspects of computer-aided system design including verification, specification, synthesis, and testing

Development and Test of a High Performance Multi Channel Readout System on a Chip with Application in PET/MR

The availability of new, compact, magnetic field tolerant sensors suitable for PET has opened the opportunity to build highly integrated PET scanners that can be included in commercial MR scanners. This combination has long been expected to have big advantages over existing systems combining PET and CT. This thesis describes my work towards building a highly integrated readout ASIC for application in PET/MR within the framework of the HYPERImage and SUBLIMA projects. It also gives a brief introduction into both PET and MR to understand the unique challenges for the readout system caused by each system, and their combination. A number of typical solutions for different requirements of the ASIC - timing measurements, trigger generation, and energy readout - and contemporary readout systems are presented to put our system in context. Detailed measurements have been performed to evaluate the performance of the ASIC, and the setup and results are presented here

Proceedings of the 22nd Conference on Formal Methods in Computer-Aided Design – FMCAD 2022

The Conference on Formal Methods in Computer-Aided Design (FMCAD) is an annual conference on the theory and applications of formal methods in hardware and system verification. FMCAD provides a leading forum to researchers in academia and industry for presenting and discussing groundbreaking methods, technologies, theoretical results, and tools for reasoning formally about computing systems. FMCAD covers formal aspects of computer-aided system design including verification, specification, synthesis, and testing

Visual Catechesis: Utilizing Pictorial Illustrations to Facilitate Learning and Retention of Protestant Doctrine in the United States

A lack of catechetical instruction within contemporary Protestantism in the United States has resulted in a large number of self-identifying Christians not knowing important tenets of their faith. The modern era also presents a unique dilemma in that North American culture is steeped in visual stimuli due to technology, so that even were catechistic instruction revived, many individuals might balk at a traditional, text-centric process. This thesis explores improving comprehension and retention of orthodox Protestant doctrine in the United States through integrating pictorial illustrations into the classic Christian pedagogical methodology of catechesis. Because of unceasing debates surrounding numerous, nuanced theological stances among different orthodox Christian sects, this study will focus on those elements of the faith that would be, as nearly as possible, universally accepted as comprising “‘mere’ Christianity” (to use C.S. Lewis’ phraseology, appropriated in turn from Richard Baxter). A thematic review of relevant literature was combined with a concise case study of artwork from the workshop of Lucas Cranach the Elder, visual analyses of several instances of didactic imagery since the Reformation, and an overview of several contemporary efforts within visual catechesis. The goal was first to evaluate doctrinal knowledge of present-day Protestants in the United States; second, once comprehension was determined deficient, to analyze causes; and third, to explore possible solutions from the purview of the visual arts. Upon completion of research, the literature and data decisively lend both scholarly and empirical credence to the original hypothesis: in the 21st century, many self-proclaimed United States Protestants are either ignorant or misunderstanding of foundational dogma; a major factor thereof is a lack of catechizing; and imagery emphatically enhances nearly all learners’ abilities to perceive and recollect information. These results suggest that incorporating a prominent display of pedagogical illustrations into modern catechesis would markedly increase desired religious educational outcomes as well as distinctively suit the visual predilections of U.S. culture. Because of the broad array of formats that pictorial content can assume, along with the plethora of environments in which it can be encountered, the visual solutions created for this thesis are designed to appeal to a far-reaching demographic within U.S. Protestantism, as well as being easily adaptable to multiple viewing contexts

Doublecloth: History, Technique, Possibilities.

Merged with duplicate record 10026.1/2320 on 06.20.2017 by CS (TIS)The aim of this research is to analyse through practical and historical investigation the manner in which Doublecloth in the twentieth century has been transformed from a traditional woven technique to one of artistic innovation and challenge. The first series of woven samples and historic enquiry concerns the structure and pattern of doublecloth at a time when its industrial and craft-based use was for the production of decorative and utilitarian woven fabrics. The research focuses on the extent to which this technique was given aesthetic credibility by its altered profile at the Bauhaus and the subsequent influence of the writings and work of Anni Albers. While the philosophy and products of the Bauhaus and the role of Walter Gropius have been documented and widely debated the practice of textiles, and the influence on it of gender, class and the hierarchical practice of craft, has received little critical attention. The research seeks to redress this imbalance, evaluating why the output of the textile workshops was undervalued artistically and considered marginal to the products from other workshops. This leads to a consideration of the interface between the practice of Fine Art and the practice of Craft, between designing and making, between art and industry. The woven samples are a process of experimentation against which the historic stages can be tested and the technical constraints of contemporary practice can be explained. This primary material leads to a consideration of the new technology and the impact of Nuno doublecloth fabrics on the production of doublecloth for the mass market. The evidence suggests that while new fabric finishes and experimental pattern effects are desirable, the difficulties of hand production are so prohibitive, that it is only with computer aided technology that such ambitions can be me