Efficient Embedded Hardware Architecture for Stabilised Tracking Sighting System of Armoured Fighting Vehicles

A line-of-sight stabilised sighting system, capable of target tracking and video stabilisation is a prime requirement of any armoured fighting tank vehicle for military surveillance and weapon firing. Typically, such sighting systems have three prime electro-optical sensors i.e. day camera for viewing in day conditions, thermal camera for night viewing and eye-safe laser range finder for obtaining the target range. For laser guided missile firing, additional laser target designator may be a part of sighting system. This sighting system provides necessary parameters for the fire control computer to compute ballistic offsets to fire conventional ammunition or fire missile. System demands simultaneous interactions with electro-optical sensors, servo sensors, actuators, multi-function display for man-machine interface, fire control computer, logic controller and other sub-systems of tank. Therefore, a complex embedded electronics hardware is needed to respond in real time for such system. An efficient electronics embedded hardware architecture is presented here for the development of this type of sighting system. This hardware has been developed around SHARC 21369 processor and FPGA. A performance evaluation scheme is also presented for this sighting system based on the developed hardware

Schätzung dichter Korrespondenzfelder unter Verwendung mehrerer Bilder

Most optical flow algorithms assume pairs of images that are acquired with an ideal, short exposure time. We present two approaches, that use additional images of a scene to estimate highly accurate, dense correspondence fields. In our first approach we consider video sequences that are acquired with alternating exposure times so that a short-exposure image is followed by a long-exposure image that exhibits motion-blur. With the help of the two enframing short-exposure images, we can decipher not only the motion information encoded in the long-exposure image, but also estimate occlusion timings, which are a basis for artifact-free frame interpolation. In our second approach we consider the data modality of multi-view video sequences, as it commonly occurs, e.g., in stereoscopic video. As several images capture nearly the same data of a scene, this redundancy can be used to establish more robust and consistent correspondence fields than the consideration of two images permits.Die meisten Verfahren zur Schätzung des optischen Flusses verwenden zwei Bilder, die mit einer optimalen, kurzen Belichtungszeit aufgenommen wurden. Wir präsentieren zwei Methoden, die zusätzliche Bilder zur Schätzung von hochgenauen, dichten Korrespondenzfeldern verwenden. Die erste Methode betrachtet Videosequenzen, die mit alternierender Belichtungsdauer aufgenommen werden, so dass auf eine Kurzzeitbelichtung eine Langzeitbelichtung folgt, die Bewegungsunschärfe enthält. Mit der Hilfe von zwei benachbarten Kurzzeitbelichtungen können wir nicht nur die Bewegung schätzen, die in der Bewegungsunschärfe der Langzeitbelichtung verschlüsselt ist, sondern zusätzlich auch Verdeckungszeiten schätzen, die sich bei der Interpolation von Zwischenbildern als große Hilfe erweisen. Die zweite Methode betrachtet Videos, die eine Szene aus mehreren Ansichten aufzeichnen, wie z.B. Stereovideos. Dabei enthalten mehrere Bilder fast dieselbe Information über die Szene. Wir nutzen diese Redundanz aus, um konsistentere und robustere Bewegungsfelder zu bestimmen, als es mit zwei Bildern möglich ist

Stereoscopic depth estimation for online vision systems

A lot of work has been done in the area of machine stereo vision, but a severe drawback of today's algorithms is that they either achieve high accuracy and robustness by sacrificing real-time speed or they are real-time capable but with major deficiencies in quality. In order to tackle this problem this thesis presents two new methods which exhibit a very good balance between computational effort and depth accuracy. First, the summed normalized cross-correlation is proposed which constitutes a new cost function for block-matching stereo processing. In contrast to most standard cost functions it hardly suffers from the fattening effect while being computationally very efficient. Second, the direct surface fitting, a new algorithm for fitting parametric surface models to stereo images, is introduced. This algorithm is inspired by the homography-constrained gradient descent methods but in contrast to these allows also for the estimation of non-planar surfaces. Experimental evaluations demonstrate that both newly introduced algorithms are competitive to state-of-the-art in terms of accuracy while having a much lower computational time.Die visuelle Wahrnehmung des Menschen wird in hohem Maße vom stereoskopischenSehen beeinflusst. Die dreidimensionale Wahrnehmung entsteht dabei durch dieleicht unterschiedlichen Blickwinkel der beiden Augen. Es ist eine nahe liegendeAnnahmen, dass maschinelle Sehsysteme ebenfalls von einem vergleichbaren Sinnprofitieren können. Obwohl es bereits zahlreiche Arbeiten auf dem Gebiet desmaschinellen stereoskopischen Sehen gibt, erfüllen die heutigen Algorithmenentweder nicht die Anforderungen für eine effiziente Berechnung oder aber siehaben nur eine geringe Genauigkeit und Robustheit. Das Ziel dieser Doktorarbeit ist die Entwicklung von echtzeit- undrealweltfähigen stereoskopischen Algorithmen. Insbesondere soll die Berechnungder Algorithmen leichtgewichtig genug sein, um auf mobilen Plattformeneingesetzt werden zu können. Dazu werden im Rahmen dieser Arbeit zwei neueMethoden vorgestellt, welche sich durch eine gute Balance zwischenGeschwindigkeit und Genauigkeit auszeichnen. Als erstes wird die "Summed Normalized Cross-Correlation" (SNCC) vorgestellt,eine neue Kostenfunktion für blockvergleichende, stereoskopischeTiefenschätzung. Im Unterschied zu den meisten anderen Kostenfunktionen ist SNCCnicht anfällig für den qualitätsmindernden "Fattening"-Effekt, kann abertrotzdem sehr effizient berechnet werden. Die Auswertung der Genauigkeit aufStandard Benchmark-Tests zeigt, dass mit SNCC die Genauigkeit von lokaler,blockvergleichsbasierter, stereoskopischer Berechnung nahe an die Genauigkeitvon global optimierenden Methoden basierend auf "Graph Cut" oder "BeliefPropagation" heran kommt. Die zweite vorgestellte Methode ist das "Direct Surface Fitting", ein neuerAlgorithmus zum Schätzen parametrischer Oberflächenmodelle an Hand vonStereobildern. Dieser Algorithmus ist inspiriert vom Homographie-beschränktenGradientenabstieg, welcher häufig dazu benutzt wird um die Lage von planarenOberflächen im Raum zu Schätzen. Durch die Ersetzung des Gradientenabstiegs mitder direkten Suchmethodik von Hooke und Jeeves wird die planare Schätzung aufbeliebige parametrische Oberflächenmodelle und beliebige Kostenfunktionenerweitert. Ein Vergleich auf Standard Benchmark-Tests zeigt, dass "DirectSurface Fitting" eine vergleichbare Genauigkeit wie Methoden aus dem Stand derTechnik hat, im Gegensatz zu diesen aber höhere Robustheit in anspruchsvollenSituationen besitzt. Um die Realwelttauglichkeit und Effizienz der vorgestellten Methoden zuuntermauern wurden diese in ein Automobil- und in ein Robotersystemintegriert. Die mit diesen mobilen Systemen durchgeführten Experimentedemonstrieren die hohe Robustheit und Stabilität der eingeführten Methoden

Von Pixeln zu Regionen: Partielle Differentialgleichungen in der Bildanalyse

This work deals with applications of partial differential equations in image analysis. The focus is thereby on applications that can be used for image segmentation. This includes, among other topics, nonlinear diffusion, motion analysis, and image segmentation itself. From each chapter to the next, the methods are directed more and more to image segmentation. While Chapter 2 presents general denoising and simplification techniques, Chapter 4 already addresses the somewhat more special task to extract texture and motion from images. This is in order to employ the resulting features to the partitioning of images finally in Chapter 5. Thus, in this work, one can clearly make out the thread from the raw image data, the pixels, to the more abstract descriptions of images by means of regions. The fact that image processing techniques can also be useful in research areas besides conventional images is shown in Chapter 3. They are used here in order to improve numerical methods for conservation laws in physics. The work conceptually focuses on using as many different features as possible for segmentation. This includes besides image-driven features like texture and motion the knowledge-based information of a three-dimensional object model. The basic idea of this concept is to provide a preferably wide basis of information for separating object regions and thus increasing the number of situations in which the method yields satisfactory segmentation results. A further basic concept pursued in this thesis is to employ coarse-to-fine strategies. They are used both for motion estimation in Chapter 4 and for segmentation in Chapter 5. In both cases one has to deal with optimization problems that contain many local optima. Conventional local optimization therefore usually leads to results the quality of which heavily depends on the initialization. This situation can often be eased, if the optimization problem is first significantly simplified. One then tries to solve the original problem by continuously increasing the problem complexity. Apart from this, the work contains several essential technical novelties. In Chapter 2, nonlinear diffusion with unbounded diffusivities is considered. This also includes total variation flow(TV flow). A thorough analysis of TV flow thereby leads to an analytic solution that allows to show that TV flow is in the space-discrete, one-dimensional setting exactly identical to the corresponding variational approach called TV regularization. Moreover, various different numerical methods are investigated in order to determine their suitability for diffusion filters with unbounded diffusivities. TV flow can be regarded as an alternative to Gaussian smoothing, though there is the significant difference of TV flow being discontinuity preserving. By replacing Gaussian smoothing by TV flow, one can develop new discontinuity preserving versions of well-known operators such as the structure tensor. TV flow is also employed in Chapter 3 where the goal is to improve numerical schemes for the approximation of hyperbolic conservation laws by means of image processing techniques. The role of TV flow in this scope is to remove oscillations of a second order method. In an alternative approach, the approximation performance of a first order method is improved by a nonlinear inverse diffusion filter. The underlying concept is to remove exactly the amount of numerical diffusion that actually stabilizes the scheme. By means of an appropriate stabilization of the inverse diffusion process it is possible to preserve the positive stability properties of the original method. III IV Abstract Chapter 4 is separated into two parts. The first part deals with the extraction of texture features, whereas the second part focuses on motion estimation. Goal of the texture extraction method is to derive a feature space that is as low-dimensional as possible but still provides very good discrimination properties. The basic framework of this feature space is the structure tensor based on TV flow presented earlier in Chapter 2. It contains the orientation, magnitude, and homogeneity of a texture and therefore provides already very important features for texture discrimination. Additionally, a region based local scale measure is developed that supplements the size of texture elements to the feature space. This feature space is used later in Chapter 5 for texture segmentation. Two motion estimation methods are introduced in Chapter 4. One of them is based on the structure tensor from Section 2 and improves existing local methods. The other technique is based on a global variational approach. It differs from usual variational approaches by the use of a gradient constancy assumption. This assumption provides the method with the capability to yield good estimation results even in the presence of small local or global variations of illumination. Besides this novelty, the combination of non-linearized constancy assumptions and a coarse-to-fine strategy yields a numerical scheme that provides for the first time a well founded theory for the very successful warping methods. The described technique leads to results that are generally more accurate than all results presented in literature so far. As already mentioned, goal of the image segmentation approach in Chapter 5 is mainly to integrate the features derived in Chapter 4 and to utilize a coarse-to-fine strategy. This is done in the framework of region based, implicit active contour models which are set up on the concept of level sets. The involved region models are extended by nonparametric as well as local region statistics. A further novelty is the extension of the level set concept to multiple regions. The optimum number of regions is thereby estimated by a hierarchical approach. This is a considerable extension of conventional active contour models, which are usually restricted to two regions. Moreover, the idea to use three-dimensional object knowledge for segmentation is presented. The proposed method uses the extracted contour for estimating the pose of the object, while in return the projected object model supports the segmentation. The implementation of this idea as described in this thesis is only at an early stage. Plenty of interesting aspects can be derived from this concept that are to be investigated in the future.Die vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit Anwendungen partieller Differentialgleichungen in der Bildanalyse. Dabei stehen Anwendungen im Vordergrund, die sich zur Bildsegmentierung verwenden lassen. Dies schließt unter anderem nichtlineare Diffusion, Bewegungsschätzung und die Bildsegmentierung selbst ein. Von Kapitel zu Kapitel werden die verwendeten Methoden dabei mehr und mehr auf die Bildsegmentierung ausgerichtet. Werden in Kapitel 2 noch allgemeine Entrauschungs- und Bildvereinfachungsoperationen vorgestellt, behandelt Kapitel 4 die schon etwas speziellere Aufgabe, Textur und Bewegung aus Bildern zu extrahieren, um entsprechende Merkmale schließlich in Kapitel 5 zur Segmentierung von Bildern verwenden zu können. Dabei zieht sich der Weg von den rohen Bilddaten, den Pixeln, hin zur abstrakteren Beschreibung von Bildern mit Hilfe von Regionen als roter Faden durch die gesamte Arbeit. Dass sich Bildverarbeitungstechniken auch in Forschungsgebieten fern herkömmlicher Bilder als nützlich erweisen können, zeigt Kapitel 3. Hier werden Bildverarbeitungstechniken zur Verbesserung numerischer Verfahren für Erhaltungsgleichungen der Physik verwendet. Konzeptionell legt diese Arbeit Wert darauf, möglichst viele verschiedene Merkmale zur Segmentierung zu verwenden. Darunter fallen neben den bildgestützten Merkmalen wie Textur und Bewegung auch die wissensbasierte Information eines dreidimensionalen Oberflächenmodells. Die prinzipielle Idee hinter diesem Konzept ist, die Entscheidungsgrundlage zur Trennung von Objektregionen auf eine möglichst breite Informationsbasis zu stellen und somit die Anzahl der Situationen, in denen das Verfahren zufriedenstellende Segmentierungsergebnisse liefert, zu erhöhen. Ein weiteres Grundkonzept, das in dieser Arbeit verfolgt wird, ist die Verwendung von Coarse- To-Fine-Strategien. Sie kommen sowohl bei der Bewegungsschätzung in Kapitel 4 als auch in der Segmentierung in Kapitel 5 zum Einsatz. In beiden Fällen hat man es mit Optimierungsproblemen zu tun, die viele lokale Optima aufweisen. Herkömmliche lokale Optimierung führt daher meist zu Ergebnissen, deren Qualität stark von der Initialisierung abhängt. Diese Situation lässt sich häufig entschärfen, wenn man das entsprechende Optimierungsproblem zunächst deutlich vereinfacht und erst nach und nach das ursprüngliche Problem zu lösen versucht. Daneben enthält diese Arbeit viele wesentliche technische Neuerungen. In Kapitel 2 wird nichtlineare Diffusion mit unbeschränkten Diffusivitäten betrachtet, was auch Total-Variation- Flow (TV-Flow) mit einschließt. Eine genaue Analyse von TV-Flow führt dabei zu einer analytischen Lösung, mit Hilfe derer man zeigen kann, dass TV-Flow im diskreten, eindimensionalen Fall exakt identisch mit dem ensprechenden Variationsansatz der TV-Regularisierung ist. Desweiteren werden verschiedene numerische Verfahren in Bezug auf ihre Eignung für Diffusionsfilter mit unbeschränkten Diffusivitäten untersucht. Man kann TV-Flow als eine Alternative zur Gaußglättung ansehen, mit dem entscheidenden Unterschied, dass TV-Flow kantenerhaltend ist. Durch Ersetzen von Gaußglättung durch TV-Flow lassen sich so diskontinuitätserhaltende Varianten bekannter Operatoren wie etwa des Strukturtensors entwickeln. Auch in Kapitel 3 kommt TV-Flow zum Einsatz, wenn es darum geht, numerische Verfahren zur Approximation hyperbolischer Erhaltungsgleichungen durch Bildverarbeitungsmethoden zu verbessern. TV-Flow fällt dabei die Rolle zu, Oszillationen eines Verfahrens zweiter Ordnung zu beseitigen. In einem alternativen Ansatz werden die Approximationseigenschaften eines Verfahrens erster Ordnung durch einen nichtlinearen Rückwärtsdiffusionsfilter verbessert, indem die numerische Diffusion, die das Verfahren eigentlich stabilisiert, gezielt wieder entfernt wird. Dabei gelingt es durch eine geeignete Stabilisierung der Rückwärtsdiffusion, die positiven Stabilitätseigenschaften des Originalverfahrens zu erhalten. Kapitel 4 spaltet sich in zwei Teile auf, wobei der erste Teil von der Extrahierung von Texturmerkmalen handelt, während sich der zweite Teil auf Bewegungsschätzung konzentriert. Bei den Texturmerkmalen besteht dabei das Ziel, einen möglichst niederdimensionalen Merkmalsraum zu kreieren, der dennoch sehr gute Diskriminierungseigenschaften besitzt. Das Grundgerüst dieses Merkmalsraums stellt dabei der in Kapitel 2 vorgestellte, auf TV-Flow basierende Strukturtensor dar. Er beschreibt mit der Orientierung, Stärke und Homogenität der Texturierung bereits sehr wichtige Merkmale einer Textur. Daneben wird ein regionenbasiertes, lokales Skalenmaß entwickelt, das zusätzlich die Größe von Texturelementen als Merkmal einbringt. Diese Texturmerkmale werden später in Kapitel 5 zur Textursegmentierung verwendet. Zur Bewegungsschätzung werden zwei Verfahren vorgestellt. Das eine basiert auf dem in Kapitel 2 eingeführten Strukturtensor und stellt eine Verbesserung vorhandener lokaler Methoden dar. Das andere Verfahren basiert auf einem globalen Variationsansatz und unterscheidet sich von üblichen Variationsansätzen durch die Verwendung einer Gradientenkonstanzannahme. Diese stattet das Verfahren mit der Fähigkeit aus, auch beim Vorhandensein kleinerer lokaler oder globaler Helligkeitsschwankungen gute Schätzergebnisse zu liefern. Daneben ergibt sich aus der Kombination von nicht-linearisierten Konstanzannahmen und einer Coarse-To-Fine-Strategie ein numerisches Schema, das erstmals eine fundierte Theorie zu den sehr erfolgreichen Warping-Verfahren zur Verfügung stellt. Mit der beschriebenen Technik werden Ergebnisse erzielt, die grundsätzlich präziser sind als alles was bisher in der Literatur vorgestellt wurde. Bei der eigentlichen Bildsegmentierung in Kapitel 5 geht es schließlich, wie bereits erwähnt, hauptsächlich um die Einbringung der in Kapitel 4 entwickelten zusätzlichen Merkmale und um die Verwendung einer Coarse-To-Fine-Strategie. Dies geschieht im Rahmen von regionenbasierten, impliziten Aktiv-Kontur-Modellen, die auf dem Konzept der Level-Sets aufbauen. Dabei werden die Regionenmodelle um nichtparametrische und lokale Beschreibungen der Regionenstatistik erweitert. Eine weitere Neuerung ist die Erweiterung des Level-Set-Konzepts auf mehrere Regionen. In einem teils hierarchischen Ansatz wird dabei auch die optimale Anzahl der Regionen geschätzt, was eine erhebliche Erweiterung im Vergleich zu herkömmlichen Aktiv-Kontur- Modellen darstellt. Außerdem wird die Idee vorgestellt, dreidimensionales Objektwissen in der Segmentierung zu verwenden, indem anhand der Segmentierung die Lage des Objekts geschätzt wird und umgekehrt wiederum das projizierte Objektmodell die Segmentierung unterstützt. Die Umsetzung dieser Idee, wie sie in dieser Arbeit beschrieben wird, steht dabei erst am Anfang. Für die Zukunft ergeben sich hieraus noch viele interessanter Aspekte, die es zu untersuchen gilt

Motion blur in digital images - analys, detection and correction of motion blur in photogrammetry

Unmanned aerial vehicles (UAV) have become an interesting and active research topic for photogrammetry. Current research is based on images acquired by an UAV, which have a high ground resolution and good spectral and radiometrical resolution, due to the low flight altitudes combined with a high resolution camera. UAV image flights are also cost effective and have become attractive for many applications including, change detection in small scale areas. One of the main problems preventing full automation of data processing of UAV imagery is the degradation effect of blur caused by camera movement during image acquisition. This can be caused by the normal flight movement of the UAV as well as strong winds, turbulence or sudden operator inputs. This blur disturbs the visual analysis and interpretation of the data, causes errors and can degrade the accuracy in automatic photogrammetric processing algorithms. The detection and removal of these images is currently achieved manually, which is both time consuming and prone to error, particularly for large image-sets. To increase the quality of data processing an automated process is necessary, which must be both reliable and quick. This thesis proves the negative affect that blurred images have on photogrammetric processing. It shows that small amounts of blur do have serious impacts on target detection and that it slows down processing speed due to the requirement of human intervention. Larger blur can make an image completely unusable and needs to be excluded from processing. To exclude images out of large image datasets an algorithm was developed. The newly developed method makes it possible to detect blur caused by linear camera displacement. The method is based on human detection of blur. Humans detect blurred images best by comparing it to other images in order to establish whether an image is blurred or not. The developed algorithm simulates this procedure by creating an image for comparison using image processing. Creating internally a comparable image makes the method independent of additional images. However, the calculated blur value named SIEDS (saturation image edge difference standard-deviation) on its own does not provide an absolute number to judge if an image is blurred or not. To achieve a reliable judgement of image sharpness the SIEDS value has to be compared to other SIEDS values of the same dataset. This algorithm enables the exclusion of blurred images and subsequently allows photogrammetric processing without them. However, it is also possible to use deblurring techniques to restor blurred images. Deblurring of images is a widely researched topic and often based on the Wiener or Richardson-Lucy deconvolution, which require precise knowledge of both the blur path and extent. Even with knowledge about the blur kernel, the correction causes errors such as ringing, and the deblurred image appears muddy and not completely sharp. In the study reported in this paper, overlapping images are used to support the deblurring process. An algorithm based on the Fourier transformation is presented. This works well in flat areas, but the need for geometrically correct sharp images for deblurring may limit the application. Another method to enhance the image is the unsharp mask method, which improves images significantly and makes photogrammetric processing more successful. However, deblurring of images needs to focus on geometric correct deblurring to assure geometric correct measurements. Furthermore, a novel edge shifting approach was developed which aims to do geometrically correct deblurring. The idea of edge shifting appears to be promising but requires more advanced programming

Model-based Optical Flow: Layers, Learning, and Geometry

The estimation of motion in video sequences establishes temporal correspondences between pixels and surfaces and allows reasoning about a scene using multiple frames. Despite being a focus of research for over three decades, computing motion, or optical flow, remains challenging due to a number of difficulties, including the treatment of motion discontinuities and occluded regions, and the integration of information from more than two frames. One reason for these issues is that most optical flow algorithms only reason about the motion of pixels on the image plane, while not taking the image formation pipeline or the 3D structure of the world into account. One approach to address this uses layered models, which represent the occlusion structure of a scene and provide an approximation to the geometry. The goal of this dissertation is to show ways to inject additional knowledge about the scene into layered methods, making them more robust, faster, and more accurate. First, this thesis demonstrates the modeling power of layers using the example of motion blur in videos, which is caused by fast motion relative to the exposure time of the camera. Layers segment the scene into regions that move coherently while preserving their occlusion relationships. The motion of each layer therefore directly determines its motion blur. At the same time, the layered model captures complex blur overlap effects at motion discontinuities. Using layers, we can thus formulate a generative model for blurred video sequences, and use this model to simultaneously deblur a video and compute accurate optical flow for highly dynamic scenes containing motion blur. Next, we consider the representation of the motion within layers. Since, in a layered model, important motion discontinuities are captured by the segmentation into layers, the flow within each layer varies smoothly and can be approximated using a low dimensional subspace. We show how this subspace can be learned from training data using principal component analysis (PCA), and that flow estimation using this subspace is computationally efficient. The combination of the layered model and the low-dimensional subspace gives the best of both worlds, sharp motion discontinuities from the layers and computational efficiency from the subspace. Lastly, we show how layered methods can be dramatically improved using simple semantics. Instead of treating all layers equally, a semantic segmentation divides the scene into its static parts and moving objects. Static parts of the scene constitute a large majority of what is shown in typical video sequences; yet, in such regions optical flow is fully constrained by the depth structure of the scene and the camera motion. After segmenting out moving objects, we consider only static regions, and explicitly reason about the structure of the scene and the camera motion, yielding much better optical flow estimates. Furthermore, computing the structure of the scene allows to better combine information from multiple frames, resulting in high accuracies even in occluded regions. For moving regions, we compute the flow using a generic optical flow method, and combine it with the flow computed for the static regions to obtain a full optical flow field. By combining layered models of the scene with reasoning about the dynamic behavior of the real, three-dimensional world, the methods presented herein push the envelope of optical flow computation in terms of robustness, speed, and accuracy, giving state-of-the-art results on benchmarks and pointing to important future research directions for the estimation of motion in natural scenes

Deep Learning in Medical Image Analysis

The accelerating power of deep learning in diagnosing diseases will empower physicians and speed up decision making in clinical environments. Applications of modern medical instruments and digitalization of medical care have generated enormous amounts of medical images in recent years. In this big data arena, new deep learning methods and computational models for efficient data processing, analysis, and modeling of the generated data are crucially important for clinical applications and understanding the underlying biological process. This book presents and highlights novel algorithms, architectures, techniques, and applications of deep learning for medical image analysis

Aeronautical engineering: A continuing bibliography with indexes (supplement 272)

This bibliography lists 719 reports, articles, and other documents introduced into the NASA scientific and technical information system in November, 1991. Subject coverage includes: design, construction and testing of aircraft and aircraft engines; aircraft components, equipment, and systems; ground support systems; and theoretical and applied aspects of aerodynamics and general fluid dynamics

Blickpunktabhängige Computergraphik

Contemporary digital displays feature multi-million pixels at ever-increasing refresh rates. Reality, on the other hand, provides us with a view of the world that is continuous in space and time. The discrepancy between viewing the physical world and its sampled depiction on digital displays gives rise to perceptual quality degradations. By measuring or estimating where we look, gaze-contingent algorithms aim at exploiting the way we visually perceive to remedy visible artifacts. This dissertation presents a variety of novel gaze-contingent algorithms and respective perceptual studies. Chapter 4 and 5 present methods to boost perceived visual quality of conventional video footage when viewed on commodity monitors or projectors. In Chapter 6 a novel head-mounted display with real-time gaze tracking is described. The device enables a large variety of applications in the context of Virtual Reality and Augmented Reality. Using the gaze-tracking VR headset, a novel gaze-contingent render method is described in Chapter 7. The gaze-aware approach greatly reduces computational efforts for shading virtual worlds. The described methods and studies show that gaze-contingent algorithms are able to improve the quality of displayed images and videos or reduce the computational effort for image generation, while display quality perceived by the user does not change.Moderne digitale Bildschirme ermöglichen immer höhere Auflösungen bei ebenfalls steigenden Bildwiederholraten. Die Realität hingegen ist in Raum und Zeit kontinuierlich. Diese Grundverschiedenheit führt beim Betrachter zu perzeptuellen Unterschieden. Die Verfolgung der Aug-Blickrichtung ermöglicht blickpunktabhängige Darstellungsmethoden, die sichtbare Artefakte verhindern können. Diese Dissertation trägt zu vier Bereichen blickpunktabhängiger und wahrnehmungstreuer Darstellungsmethoden bei. Die Verfahren in Kapitel 4 und 5 haben zum Ziel, die wahrgenommene visuelle Qualität von Videos für den Betrachter zu erhöhen, wobei die Videos auf gewöhnlicher Ausgabehardware wie z.B. einem Fernseher oder Projektor dargestellt werden. Kapitel 6 beschreibt die Entwicklung eines neuartigen Head-mounted Displays mit Unterstützung zur Erfassung der Blickrichtung in Echtzeit. Die Kombination der Funktionen ermöglicht eine Reihe interessanter Anwendungen in Bezug auf Virtuelle Realität (VR) und Erweiterte Realität (AR). Das vierte und abschließende Verfahren in Kapitel 7 dieser Dissertation beschreibt einen neuen Algorithmus, der das entwickelte Eye-Tracking Head-mounted Display zum blickpunktabhängigen Rendern nutzt. Die Qualität des Shadings wird hierbei auf Basis eines Wahrnehmungsmodells für jeden Bildpixel in Echtzeit analysiert und angepasst. Das Verfahren hat das Potenzial den Berechnungsaufwand für das Shading einer virtuellen Szene auf ein Bruchteil zu reduzieren. Die in dieser Dissertation beschriebenen Verfahren und Untersuchungen zeigen, dass blickpunktabhängige Algorithmen die Darstellungsqualität von Bildern und Videos wirksam verbessern können, beziehungsweise sich bei gleichbleibender Bildqualität der Berechnungsaufwand des bildgebenden Verfahrens erheblich verringern lässt