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Optical surface inspection: A novelty detection approach based on CNN-encoded texture features
(2018)
In inspection systems for textured surfaces, a reference texture is typically known before novel examples are inspected. Mostly, the reference is only available in a digital format. As a consequence, there is no dataset of defective examples available that could be used to train a classifier. We propose a texture model approach to novelty detection. The texture model uses features encoded by a convolutional neural network (CNN) trained on natural image data. The CNN activations represent the specific characteristics of the digital reference texture which are learned by a one-class classifier. We evaluate our novelty detector in a digital print inspection scenario. The inspection unit is based on a camera array and a flashing light illumination which allows for inline capturing of multichannel images at a high rate. In order to compare our results to manual inspection, we integrated our inspection unit into an industrial single-pass printing system.
Digital cameras are used in a large variety of scientific and industrial applications. For most applications the acquired data should represent the real light intensity per pixel as accurately as possible. However, digital cameras are subject to different sources of noise which distort the resulting image. Noise includes photon noise, fixed pattern noise and read noise. The aim of the radiometric calibration is to improve the quality of the resulting images by reducing the influence of the different types of noise on the measured data. In this paper, a new approach for the radiometric calibration of digital cameras using sparse Gaussian process regression is presented. Gaussian process regression is a kernel based supervised machine learning technique. It is used to learn the response of a camera system from a set of training images to allow for the calibration of new images. Compared to the standard Gaussian process method or flat field correction our sparse approach allows for faster calibration and higher reconstruction quality.
Digital bedruckte Oberflächen müssen strengen funktionalen und ästhetischen Anforderungen genügen. Diese Eigenschaften werden im Rahmen der Qualitätsprüfung kontrolliert. Hierbei wirken sich Oberflächendefekte oftmals erst dann aus, wenn diese auch vom Menschen wahrgenommen werden. Aufgrund der hohen Produktionsgeschwindigkeit kann eine solche Bewertung der Sichtbarkeit von Defekten bisher nur außerhalb des Produktionsflusses durch manuelle - subjektiv geprägte - Inspektion erfolgen. Ziel des Projektes ist (1) die Modellierung von Texturen in einer Form, die an das menschliche visuelle System angepasst ist und (2) die automatisierte Beurteilung der Wahrnehmung von Texturfehlern. Im Rahmen des Projekts wurde ein prototypisches System zur Inline-Erfassung von texturierten Oberflächen entwickelt. Auf Basis von realen Aufnahmen industriell produzierter Holzdekore wurde eine repräsentative Texturdatenbank erstellt. Gezeigt werden erste Resultate im Bereich der Defektdetektion auf Basis von statistischen Merkmalen. Diese Ergebnisse dienen als Grundlage für die spätere wahrnehmungsorientierte Bewertung. Letztlich sollen die im Rahmen des Projekts erlangten Ergebnisse in einen prototypischen Aufbau zur Inspektion von digital bedruckten Dekoren einfließen.
Optical surface inspection
(2016)
Was in Kommunen im benachbarten Ausland, bspw. der Schweiz, Oesterreich oder den Niederlanden, offenbar seit vielen Jahren Stand der Technik ist, ist auf Deutschlands Kommunalstrassen eine 'Sonderbauweise': Verkehrsflaechen aus Beton. Die Gruende fuer die Vernachlaessigung der Betonbauweise im kommunalen Umfeld liegen offenbar in einer aufwendigeren Planung, hoeheren Ausfuehrungskosten, einem komplexeren Einbau (gerade in Zusammenhang mit Einbauten), Instandhaltungsmassnahmen und Massnahmen Dritter an den Ver- und Entsorgungseinrichtungen. Offen ist auch die Frage, inwieweit sich die hoeheren Aufwendungen bei der Betonbauweise hinsichtlich Planung und Ausfuehrung im Rahmen einer Lebenszyklusbetrachtung im Vergleich zur Asphaltbauweise durch einen geringeren Erhaltungsbedarf amortisieren oder ggf. sogar guenstiger darstellen. Infolge vermehrt auftretender typischer Schaeden wie Spurrinnen und Verdrueckungen werden hochbelastete kommunale Verkehrsflaechen wie Bushaltestellen, Busspuren und Kreisverkehre immer haeufiger anstatt in Asphalt oder Pflaster in Beton ausgefuehrt. Die Thematik 'Einsatz von Betonflaechen in Kommunen' ist sehr umfangreich und weitlaeufig. Generell wird hier auch auf die spezifischen Merkblaetter der FGSV verwiesen. Mit den Ausfuehrungen im Fachbeitrag soll demnach grundsaetzlich auf die Belange der Planung, des Baus und die Wirtschaftlichkeit kommunaler Verkehrsflaechen in Betonbauweise eingegangen werden. Es koennen leider nicht alle Besonderheiten und Einzelheiten wie bspw. Baustoffe (Glasfaser) Beruecksichtigung finden. Ziel ist, generelle Moeglichkeiten hinsichtlich des Einsatzes von Betonflaechen im kommunalen Bereich aufzuzeigen. Besonderer Dank gilt dem Strassenbauamt Boeblingen sowie Herrn Baudirektor Andreas Klein, dessen persoenliche Erfahrungen hier einfliessen durften.
Was in Kommunen im benachbarten Ausland, bspw. der Schweiz, Österreich oder den Niederlanden offenbar seit vielen Jahren Stand der Technik ist, ist auf Deutschlands Kommunalstraßen eine „Sonderbauweise“: Betonfahrbahnen. Obwohl, gerade in den neuen Bundesländern diese Bauweise häufig zum Einsatz kam, wird sie heute auf größeren Flächen wie gesamte Straßenzüge, bspw. in Wohngebieten, kaum noch angewendet (Bild 1). Die Gründe liegen offenbar in den schlechten Erfahrungen hinsichtlich einer komfortablen Nutzungsdauer sowie der Notwendigkeit, einen „leichteren“ Zugriff auf die unter der Straßenoberfläche liegenden Ver- und Entsorgungseinrichtungen zu haben. Infolge vermehrt auftretender Schäden wie Spurrinnen, Verdrückungen und weiteren Schäden werden hochbelastete Verkehrsflächen wie Bushaltestellen, Busspuren und Kreisverkehre immer häufiger anstatt in Asphalt- oder Pflaster in Betonbauweise ausgeführt. Die Gründe für die Vernachlässigung der Betonbauweise im kommunalen Umfeld liegen neben einem geringen Erfahrungsschatz sicherlich auch in einer aufwändigeren Planung, höheren Ausführungskosten, einem komplexeren Einbau, gerade in Zusammenhang mit Einbauten, Instandhaltungsmaßnahmen und Maßnahmen Dritter an den Ver- und Entsorgungseinrichtungen. Offen ist auch der Nachweis, dass die Betonbauweise im Lebenszyklus wirtschaftlicher als beispielsweise die Asphaltbauweise ist. Die Thematik „Einsatz von Betonflächen in Kommunen“ ist sehr umfangreich und weitläufig und lässt sich mit einem Vortrag generell nicht behandeln. Mit nachfolgenden Ausführungen soll demnach grundsätzlich auf die Belange der Planung, dem Bau und der Wirtschaftlichkeit kommunaler Verkehrsflächen in Betonbauweise eingegangen werden. Es können leider nicht alle Besonderheiten und Einzelheiten wie Baustoffe (Glasfaser) Berücksichtigung finden. Ziel des Vortrages ist, generelle Möglichkeiten hinsichtlich dem Einsatz von Betonflächen im kommunalen Bereich aufzuzeigen. Besonderer Dank gilt dem Straßenbauamt Böblingen sowie Herrn Baudirektor Andreas Klein, dessen persönliche Erfahrungen hier einfließen durften.
Fatigue and drowsiness are responsible for a significant percentage of road traffic accidents. There are several approaches to monitor the driver’s drowsiness, ranging from the driver’s steering behavior to analysis of the driver, e.g. eye tracking, blinking, yawning or electrocardiogram (ECG). This paper describes the development of a low-cost ECG sensor to derive heart rate variability (HRV) data for the drowsiness detection. The work includes the hardware and the software design. The hardware has been implemented on a printed circuit board (PCB) designed so that the board can be used as an extension shield for an Arduino. The PCB contains a double, inverted ECG channel including low-pass filtering and provides two analog outputs to the Arduino, that combined them and performs the analog-to-digital conversion. The digital ECG signal is transferred to an NVidia embedded PC where the processing takes place, including QRS-complex, heart rate and HRV detection as well as visualization features. The compact resulting sensor provides good results in the extraction of the main ECG parameters. The sensor is being used in a larger frame, where facial-recognition-based drowsiness detection is combined with ECG-based detection to improve the recognition rate under unfavorable light or occlusion conditions.
The multichannel Wiener filter (MWF) is a well-established noise reduction technique for speech processing. Most commonly, the speech component in a selected reference microphone is estimated. The choice of this reference microphone influences the broadband output signal-to-noise ratio (SNR) as well as the speech distortion. Recently, a generalized formulation for the MWF (G-MWF) was proposed that uses a weighted sum of the individual transfer functions from the speaker to the microphones to form a better speech reference resulting in an improved broadband output SNR. For the MWF, the influence of the phase reference is often neglected, because it has no impact on the narrow-band output SNR. The G-MWF allows an arbitrary choice of the phase reference especially in the context of spatially distributed microphones.
In this work, we demonstrate that the phase reference determines the overall transfer function and hence has an impact on both the speech distortion and the broadband output SNR. We propose two speech references that achieve a better signal-to-reverberation ratio (SRR) and an improvement in the broadband output SNR. Both proposed references are based on the phase of a delay-and-sum beamformer. Hence, the time-difference-of-arrival (TDOA) of the speech source is required to align the signals. The different techniques are compared in terms of SRR and SNR performance.
Acoustic Echo Cancellation (AEC) plays a crucial role in speech communication devices to enable full-duplex communication. AEC algorithms have been studied extensively in the literature. However, device specific details like microphone or loudspeaker configurations are often neglected, despite their impact on the echo attenuation or near-end speech quality. In this work, we propose a method to investigate different loudspeaker-microphone configurations with respect to their contribution to the overall AEC performance. A generic AEC system consisting of an adaptive filter and a Wiener post filter is used for a fair comparison between different setups. We propose the near-end-to-residual-echo ratio (NRER) and the attenuation-of-near-end (AON) as quality measures for the full-duplex AEC performance.
This paper studies suitable models for the identification of nonlinear acoustic systems. A cascaded structure of nonlinear filters is proposed that contains several parallel branches, consisting of polynomial functions followed by a linear filter for each order of nonlinearity. The second order of nonlinearity is additionally modelled with a parallel branch, containing a Volterra filter. These are followed by a long linear FIR filter that is able to model the room acoustics. The model is applied to the identification of a tube power amplifier feeding a guitar loudspeaker cabinet in an acoustic room. The adaptive identification is performed by the normalized least mean square (NLMS) algorithm. Compared with a generalized polynomial Hammerstein (GPH) model, the accuracy in modelling the dedicated real world system can be improved to a greater extend than increasing the order of nonlinearity in the GPH model.