Three-dimensional magnetohydrodynamic phenomena in circular pipe flow

Ein numerischer Rechencode für die Simulation magnetohydrodynamischer (MHD) Flüssigmetallströmungen in Blankets zukünftiger Fusionsreaktoren wurde erweitert, um komplexe MHD-Phänomene in Geometrien mit gekrümmten Wänden wie z.B. kreisförmigen Rohren zu untersuchen. In diesen MHD-Strömungen wechselwirken induzierte elektrische Ströme mit dem Magnetfeld, welches das Fusionsplasma einschließt, was letztendlich zu starken Lorentz-Kräften, erheblicher Fluidumverteilung und hohen Druckverlusten in der Flüssigmetallströmung führt. Die Anwendung eines schiefheitskorrigierten Green-Gauss- oder eines Least-Squares-Verfahrens zur Berechnung des elektrischen Potentialgradienten zeigt, dass die höhere Genauigkeit dieser Diskretisierungsmethoden für die Lösung der schlecht konditionierten Gleichungen für das elektrische Potential und die elektrische Stromdichte zwingend erforderlich ist. Die detaillierten Untersuchungen auf strukturierten und unstrukturierten Rechengittern spiegeln die große Herausforderung wider, nicht-geradlinige Geometrien adäquat aufzulösen, wobei ein Hauptproblem die Diskretisierung extrem dünner und gekrümmter MHD-Grenzschichten darstellt, ohne dabei die Anzahl der Gitterpunkte im Strömungskern übermäßig zu erhöhen. Die neuen robusteren Methoden führen so zu einer erheblichen Verbesserung der Genauigkeit der Ergebnisse und damit der Leistungsfähigkeit des Codes. Sie ermöglichen zum ersten Mal die Verwendung unstrukturierter Rechengitter, selbst wenn das Magnetfeld sehr stark ist. Der weiterentwickelte Code wird für dreidimensionale Simulationen von Flüssigmetallrohrströmungen in einem inhomogenen Magnetfeld sowie von ein- und austretenden MHD-Strömungen in Strömungskanaleinsätze, die der Druckverlustreduzierung dienen, angewandt. Diese Beispiele wurden ausgewählt, da experimentelle Ergebnisse sowohl für den Druck als auch für das elektrische Oberflächenpotential als Validierungsdaten zur Verfügung stehen. Die Simulationen bieten detailreiche Einblicke in physikalische Phänomene und zeigen Druckbelastungen in Strömungskanaleinsätzen, die mit experimentellen Methoden schwer zugänglich sind. In beiden untersuchten Fällen führen axiale Potentialgradienten zu großräumigen dreidimensionalen Rezirkulationsschleifen elektrischer Ströme, die sich auf Druckverteilung und Geschwindigkeitsprofil auswirken. Ein Vergleich von experimentellen und numerischen Ergebnissen entlang der Rohroberfläche zeigt eine gute Übereinstimmung. Die Simulationen offenbaren zudem, dass ein Kräfteausgleich hauptsächlich zwischen der Lorentzkraft und der Druckkraft besteht. Nur ein kleiner Restanteil der elektromagnetischen Kraft, der als magnetodynamische Kraft eingeführt wird, gleicht sich über Trägheits- und Reibungskräfte aus. Die in der vorliegenden Arbeit gewonnenen Erkenntnisse tragen zur Verbesserung des verwendeten numerischen Codes bei und erweitern seine Anwendbarkeit für zukünftige Anforderungen der Blanketentwicklung und Fusionsforschung. Dies betrifft insbesondere Anwendungen des Codes für komplexere Geometrien und ganze Blanket-Module

Toward hyper-realistic and interactive social VR experiences in live TV scenarios

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A compressed sensing approach to block-iterative equalization: connections and applications to radar imaging reconstruction

The widespread of underdetermined systems has brought forth a variety of new algorithmic solutions, which capitalize on the Compressed Sensing (CS) of sparse data. While well known greedy or iterative threshold type of CS recursions take the form of an adaptive filter followed by a proximal operator, this is no different in spirit from the role of block iterative decision-feedback equalizers (BI-DFE), where structure is roughly exploited by the signal constellation slicer. By taking advantage of the intrinsic sparsity of signal modulations in a communications scenario, the concept of interblock interference (IBI) can be approached more cunningly in light of CS concepts, whereby the optimal feedback of detected symbols is devised adaptively. The new DFE takes the form of a more efficient re-estimation scheme, proposed under recursive-least-squares based adaptations. Whenever suitable, these recursions are derived under a reduced-complexity, widely-linear formulation, which further reduces the minimum-mean-square-error (MMSE) in comparison with traditional strictly-linear approaches. Besides maximizing system throughput, the new algorithms exhibit significantly higher performance when compared to existing methods. Our reasoning will also show that a properly formulated BI-DFE turns out to be a powerful CS algorithm itself. A new algorithm, referred to as CS-Block DFE (CS-BDFE) exhibits improved convergence and detection when compared to first order methods, thus outperforming the state-of-the-art Complex Approximate Message Passing (CAMP) recursions. The merits of the new recursions are illustrated under a novel 3D MIMO Radar formulation, where the CAMP algorithm is shown to fail with respect to important performance measures.A proliferação de sistemas sub-determinados trouxe a tona uma gama de novas soluções algorítmicas, baseadas no sensoriamento compressivo (CS) de dados esparsos. As recursões do tipo greedy e de limitação iterativa para CS se apresentam comumente como um filtro adaptativo seguido de um operador proximal, não muito diferente dos equalizadores de realimentação de decisão iterativos em blocos (BI-DFE), em que um decisor explora a estrutura do sinal de constelação. A partir da esparsidade intrínseca presente na modulação de sinais no contexto de comunicações, a interferência entre blocos (IBI) pode ser abordada utilizando-se o conceito de CS, onde a realimentação ótima de símbolos detectados é realizada de forma adaptativa. O novo DFE se apresenta como um esquema mais eficiente de reestimação, baseado na atualização por mínimos quadrados recursivos (RLS). Sempre que possível estas recursões são propostas via formulação linear no sentido amplo, o que reduz ainda mais o erro médio quadrático mínimo (MMSE) em comparação com abordagens tradicionais. Além de maximizar a taxa de transferência de informação, o novo algoritmo exibe um desempenho significativamente superior quando comparado aos métodos existentes. Também mostraremos que um equalizador BI-DFE formulado adequadamente se torna um poderoso algoritmo de CS. O novo algoritmo CS-BDFE apresenta convergência e detecção aprimoradas, quando comparado a métodos de primeira ordem, superando as recursões de Passagem de Mensagem Aproximada para Complexos (CAMP). Os méritos das novas recursões são ilustrados através de um modelo tridimensional para radares MIMO recentemente proposto, onde o algoritmo CAMP falha em aspectos importantes de medidas de desempenho

Digital Image Processing

This book presents several recent advances that are related or fall under the umbrella of 'digital image processing', with the purpose of providing an insight into the possibilities offered by digital image processing algorithms in various fields. The presented mathematical algorithms are accompanied by graphical representations and illustrative examples for an enhanced readability. The chapters are written in a manner that allows even a reader with basic experience and knowledge in the digital image processing field to properly understand the presented algorithms. Concurrently, the structure of the information in this book is such that fellow scientists will be able to use it to push the development of the presented subjects even further

Revealing the Invisible: On the Extraction of Latent Information from Generalized Image Data

The desire to reveal the invisible in order to explain the world around us has been a source of impetus for technological and scientific progress throughout human history. Many of the phenomena that directly affect us cannot be sufficiently explained based on the observations using our primary senses alone. Often this is because their originating cause is either too small, too far away, or in other ways obstructed. To put it in other words: it is invisible to us. Without careful observation and experimentation, our models of the world remain inaccurate and research has to be conducted in order to improve our understanding of even the most basic effects. In this thesis, we1 are going to present our solutions to three challenging problems in visual computing, where a surprising amount of information is hidden in generalized image data and cannot easily be extracted by human observation or existing methods. We are able to extract the latent information using non-linear and discrete optimization methods based on physically motivated models and computer graphics methodology, such as ray tracing, real-time transient rendering, and image-based rendering

Digital Image Processing Applications

Digital image processing can refer to a wide variety of techniques, concepts, and applications of different types of processing for different purposes. This book provides examples of digital image processing applications and presents recent research on processing concepts and techniques. Chapters cover such topics as image processing in medical physics, binarization, video processing, and more

Percepción basada en visión estereoscópica, planificación de trayectorias y estrategias de navegación para exploración robótica autónoma

Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Informática, Departamento de Ingeniería del Software e Inteligencia artificial, leída el 13-05-2015En esta tesis se trata el desarrollo de una estrategia de navegación autónoma basada en visión artificial para exploración robótica autónoma de superficies planetarias. Se han desarrollado una serie de subsistemas, módulos y software específicos para la investigación desarrollada en este trabajo, ya que la mayoría de las herramientas existentes para este dominio son propiedad de agencias espaciales nacionales, no accesibles a la comunidad científica. Se ha diseñado una arquitectura software modular multi-capa con varios niveles jerárquicos para albergar el conjunto de algoritmos que implementan la estrategia de navegación autónoma y garantizar la portabilidad del software, su reutilización e independencia del hardware. Se incluye también el diseño de un entorno de trabajo destinado a dar soporte al desarrollo de las estrategias de navegación. Éste se basa parcialmente en herramientas de código abierto al alcance de cualquier investigador o institución, con las necesarias adaptaciones y extensiones, e incluye capacidades de simulación 3D, modelos de vehículos robóticos, sensores, y entornos operacionales, emulando superficies planetarias como Marte, para el análisis y validación a nivel funcional de las estrategias de navegación desarrolladas. Este entorno también ofrece capacidades de depuración y monitorización.La presente tesis se compone de dos partes principales. En la primera se aborda el diseño y desarrollo de las capacidades de autonomía de alto nivel de un rover, centrándose en la navegación autónoma, con el soporte de las capacidades de simulación y monitorización del entorno de trabajo previo. Se han llevado a cabo un conjunto de experimentos de campo, con un robot y hardware real, detallándose resultados, tiempo de procesamiento de algoritmos, así como el comportamiento y rendimiento del sistema en general. Como resultado, se ha identificado al sistema de percepción como un componente crucial dentro de la estrategia de navegación y, por tanto, el foco principal de potenciales optimizaciones y mejoras del sistema. Como consecuencia, en la segunda parte de este trabajo, se afronta el problema de la correspondencia en imágenes estéreo y reconstrucción 3D de entornos naturales no estructurados. Se han analizado una serie de algoritmos de correspondencia, procesos de imagen y filtros. Generalmente se asume que las intensidades de puntos correspondientes en imágenes del mismo par estéreo es la misma. Sin embargo, se ha comprobado que esta suposición es a menudo falsa, a pesar de que ambas se adquieren con un sistema de visión compuesto de dos cámaras idénticas. En consecuencia, se propone un sistema experto para la corrección automática de intensidades en pares de imágenes estéreo y reconstrucción 3D del entorno basado en procesos de imagen no aplicados hasta ahora en el campo de la visión estéreo. Éstos son el filtrado homomórfico y la correspondencia de histogramas, que han sido diseñados para corregir intensidades coordinadamente, ajustando una imagen en función de la otra. Los resultados se han podido optimizar adicionalmente gracias al diseño de un proceso de agrupación basado en el principio de continuidad espacial para eliminar falsos positivos y correspondencias erróneas. Se han estudiado los efectos de la aplicación de dichos filtros, en etapas previas y posteriores al proceso de correspondencia, con eficiencia verificada favorablemente. Su aplicación ha permitido la obtención de un mayor número de correspondencias válidas en comparación con los resultados obtenidos sin la aplicación de los mismos, consiguiendo mejoras significativas en los mapas de disparidad y, por lo tanto, en los procesos globales de percepción y reconstrucción 3D.Depto. de Ingeniería de Software e Inteligencia Artificial (ISIA)Fac. de InformáticaTRUEunpu