GPU in Physics Computation: Case Geant4 Navigation

General purpose computing on graphic processing units (GPU) is a potential method of speeding up scientific computation with low cost and high energy efficiency. We experimented with the particle physics simulation toolkit Geant4 used at CERN to benchmark its geometry navigation functionality on a GPU. The goal was to find out whether Geant4 physics simulations could benefit from GPU acceleration and how difficult it is to modify Geant4 code to run in a GPU. We ported selected parts of Geant4 code to C99 & CUDA and implemented a simple gamma physics simulation utilizing this code to measure efficiency. The performance of the program was tested by running it on two different platforms: NVIDIA GeForce 470 GTX GPU and a 12-core AMD CPU system. Our conclusion was that GPUs can be a competitive alternate for multi-core computers but porting existing software in an efficient way is challenging

HybVIO : Pushing the Limits of Real-time Visual-inertial Odometry

We present HybVIO, a novel hybrid approach for combining filtering-based visual-inertial odometry (VIO) with optimization-based SLAM. The core of our method is highly robust, independent VIO with improved IMU bias modeling, outlier rejection, stationarity detection, and feature track selection, which is adjustable to run on embedded hardware. Long-term consistency is achieved with a loosely-coupled SLAM module. In academic benchmarks, our solution yields excellent performance in all categories, especially in the real-time use case, where we outperform the current state-of-the-art. We also demonstrate the feasibility of VIO for vehicular tracking on consumer-grade hardware using a custom dataset, and show good performance in comparison to current commercial VISLAM alternatives.acceptedVersionPeer reviewe

Useiden inkluusioiden paikantaminen impedanssitomografian sweep-datasta

Impedanssitomografiassa (EIT) kappaleen paikkariippuvia sähköisiä ominaisuuksia yritetään selvittää sen pinnalla mitattujen sähkövirtojen ja -jännitteiden perusteella. Sillä on sovelluksia esimerkiksi lääketieteellisessä kuvantamisessa, geofysiikassa sekä materiaalien testauksessa. Tässä diplomityössä tutkitaan impedanssitomografian sweep-dataa, joka on Hyvösen, Harhasen ja Hakulan artikkelissa [21] esitelty uusi, tiettyyn kahden elektrodin EIT -mittaukseen liittyvä käsite. Diplomityössä esitellään menetelmä, jossa muuten homogeenisesta kiekkomaisesta kappaleesta paikannetaan sähkönjohtavuudeltaan poikkeavia inkluusioita. Menetelmä pohjautuu Hanken artikkeliin [16], jossa analysoidaan vastaavalla tavalla EIT:n takaisinsirontadataa, joka on sweepdatan kaltainen ja tähän läheisesti liittyvä uusi käsite. Työssä teoreettinen tarkastelu nojautuu tiettyyn Neumann-Dirichlet -erotuskuvauksen faktorointiin, jonka todistetaan pätevän heikommilla oletuksilla, kuin artikkelissa [16]. Faktoroinnin avulla muodostetaan asymptoottinen pieninkluusiokehitelmä ja todistetaan, että sweep-data voidaan tulkita kompleksianalyyttisen funktion reuna-arvona. Uutena tuloksena esitetty menetelmä kykenee laskemaan inkluusioiden johtavuuksiin ja kokoihin liittyviä tietoja. Vaikka algoritmi mukailee sweep-datan teoreettisia ominaisuuksia, eivät todistetut tulokset takaa sen toimivuutta. Numeeriset esimerkit kuitenkin viittaavat vahvasti siihen, että menetelmä toimii halutulla tavalla.Electrical impedance tomography (EIT) is the practice of estimating the position-dependent electrical properties of a body from current and voltage measurements on its boundary. It has numerous present and prospective applications in, among others, medical imaging, geophysics and non-destructive material testing. This thesis studies sweep data of EIT, which is a recent concept associated with a special two-electrode measurement introduced in [21] by Hyvönen, Harhanen and Hakula. Based on the recent paper [16] by Hanke, where a similar analysis is carried out for a related novel EIT measurement, the backscatter data, a method for locating inclusions of different conductivities in an otherwise homogeneous disk-shaped object is devised. The cornerstone of the analysis is a certain factorization of the difference Neumann-to-Dirichlet map, which is proven valid under somewhat weaker assumptions than in [16]. The factorization is subsequently used to construct an asymptotic small inclusion expansion and prove that sweep data can be interpreted as the boundary value of a complex analytic function. As a new result, the method presented here has the capability of extracting information about the conductivities and sizes of the inclusions. Even though inspired by the devised properties, the algorithm is not entirely backed by theory, but the numerical results strongly indicate that it works as desired

Pistemittausten analyyttisyys käänteisjohtavuus- ja sirontaongelmissa

Inverse conductivity and Helmholtz scattering problems with distributional boundary values are studied. In the context of electrical impedance tomography (EIT), the considered concepts can be interpreted in terms of measurements involving point-like electrodes. The notion of bisweep data of EIT, analogous to the far-field pattern in scattering theory, is introduced and applied in the theory of inverse conductivity problems. In particular, it is shown that bisweep data are the Schwartz kernel of the relative Neumann-to-Dirichlet map, and this result is employed in proving new partial data results for Calderon's problem. Similar techniques are also applied in the scattering context in order to prove the joint analyticity of the far-field pattern. Another recent concept, sweep data of EIT, analogous to the far-field backscatter data, is studied further, and a numerical method for locating small inhomogeneities from sweep data is presented. It is also demonstrated how bisweep data and conformal maps can be used to reduce certain numerical inverse conductivity problems in piecewise smooth plane domains to equivalent problems in the unit disk.Väitöskirjassa tutkitaan käänteisjohtavuusongelmia ja Helmholtzin yhtälön sirontaongelmia distributionaalisilla reuna-arvoilla. Impedanssitomografian (EIT) tapauksessa nämä voidaan tulkita mittauksina pistemäisillä elektrodeilla. Työssä esitellään uusi, käänteissirontateorian kaukokentän kaltainen käsite, EIT:n bisweep- data, jota voidaan hyödyntää käänteisjohtavuusongelmien teoriassa. Erityisesti näytetään, että bisweep-data on suhteellisen Neumann-to-Dirichlet-kuvauksen Schwartzin ydin, minkä avulla todistetaan uusia osittaisdatatuloksia Calderónin ongelmalle. Vastaavia tekniikoita sovelletaan myös sirontateoriassa ja osoitetaan kaukokenttäkuvauksen yhdistetty analyyttisyys. Lisäksi väitöskirjassa tutkitaan toista hiljattain esiteltyä käsitettä, kaukokentän takaisinsirontadatan tyyppistä EIT:n sweep-dataa ja laaditaan numeerinen menetelmä pienten epähomogeenisuuksien paikantamiseen sweep-datan avulla. Työssä näytetään myös, kuinka bisweep-datan ja konformikuvausten avulla tietyt numeeriset käänteisjohtavuusongelmat voidaan palauttaa paloittain sileistä tason alueista yksikkökiekkoon

Point Electrode Problems in Piecewise Smooth Plane Domains

Peer reviewe