Die gemeinsame Integration von Bildsensor und analoger hochparalleler Verarbeitungseinheit stellt eine Möglichkeit zur Realisierung von leistungsfähigen ein-chip Bildaufnahmesystemen dar. Die vorliegende Arbeit liefert Beiträge zum systematischen Entwurf von derartigen Systemen und analysiert bekannte und neuartige Schaltungstechniken bezüglich ihrer Eignung für deren Implementierung. Anhand des vom Autor mitentwickelten CMOS-Bildsensors mit hochparalleler analoger Bildverarbeitungseinheit werden die vorgestellten Methoden und Schaltungstechniken demonstriert. Die Problematik beim Entwurf hochparalleler analoger Systeme besteht in der im Vergleich zu digitalen Systemen geringen Automatisierbarkeit. Es ist kein top-down-Entwurf möglich, da nicht jede beliebige Funktion mit beliebiger Genauigkeit realisierbar ist. Um die jeweilige Genauigkeit der Funktionsblöcke bei der Analyse des hochparallelen Systems berücksichtigen zu können, sind rechenaufwendige Simulationen nötig. Um diesen Rechenaufwand zu senken, wird vorgeschlagen, für die Simulation des Gesamtsystems einen angepaßten Simulator und für die Analyse der schaltungstechnischen Realisierung der Funktionsblöcke konventionelleWerkzeuge für elektrische Netzwerke zu verwenden. Die beiden Simulationsdomänen werden mit Hilfe von numerischen Verhaltensmodellen verbunden. Durch diese Trennung wird die Simulation des Gesamtsystems als Bestandteil des Entwurfsflusses praktikabel. Für die Bewertung, inwieweit die zufälligen Schwankungen der Bauelementeparameter das Verhalten von Baublöcken beeinflussen, wird die Varianzanalyse als Alternative zur konventionellen Monte-Carlo-Analyse vorgeschlagen. Die Varianzanalyse ist wesentlich weniger rechenaufwendig und liefert genaue Resultate für alle Schaltungseigenschaften mit hinreichend glatten Parameterabhängigkeiten, wenn die Bauelementeparameter als normalverteilt und statistisch unabhängig angenommen werden können. Sie hat darüberhinaus den Vorteil, das Schaltungsverständnis für den Entwerfer zu erhöhen, da sofort die Bauelementeparameter mit dem größten Einfluß auf das Schaltungsverhalten identifiziert werden können. Der Vergleich verschiedener Schaltungstechniken hat gezeigt, daß zeitdiskrete wertkontinuierliche Verfahren, bei denen die Information als Strom repräsentiert wird, für die Realisierung von hochparallelen analogen Systemen besonders geeignet sind. Als besonderer Vorteil ist die weitestgehende Unabhängigkeit des Verhaltens derartiger Schaltungen von Bauelementeparametern hervorzuheben.Weitere Schaltungstechniken, deren Verhalten von zufälligen Parameterabweichungen nur wenig beeinflußt werden, sind in einer Taxonomie zusammengefaßt. Es wurde ein CMOS-Bildsensor mit hochparalleler analoger Bildverarbeitungseinheit und digitaler Ausgabe realisiert. Der current-mode-Bildsensor ist separat von der Verarbeitungseinheit angeordnet. Es wurden vier verschiedene Realisierungsmöglichkeiten untersucht und eine konventionelle integrierende voltage-mode Pixelzelle mit nachfolgendem differentiellen Spannungs- Strom-Wandler realisiert. Das Rechenfeld ist für die räumliche Faltung oder lineare Transformation von Bilddaten mit digital bereitzustellenden Koeffizienten ausgelegt. Dessen Operation basiert auf einer bit-weisen analogen Verarbeitung. Der Schaltkreis wurde erfolgreich getestet. Die nachgewiesene Bildqualität deckt sich in guter Näherung mit den bei der Simulation des Gesamtsystems getroffenen Vorhersagen / The joined implementation of an image sensor and a highly parallel analog processing unit is an advantageous approach for realizing efficient single-chip vision systems. This thesis proposes a design flow for the development of such systems. Moreover known and novel circuit techniques are analysed with respect for their suitability for the implementation of highly parallel systems. The presented methodologies and circuit techniques are demonstrated at the example of a CMOS image sensor with an embedded highly parallel analog image processing unit in whose design the author was involved. One of the major problems in designing highly parallel analog circuits is the low automation compared to the design of digital circuits. As not every function can be realized with arbitrary accuracy top-down-design is not feasible. So, when analysing the system behaviour the respective precision of each function block has to be considered. As this is a very demanding task in terms of computing power, it is proposed to use a dedicated tool for the simulation of the system and conventional network analysis tools for the inspection of the circuit realizations. Both simulation domains are combined by means of numerical behavioural models. By using separate tools system-simulations of highly parallel analog systems as a part of the design flow become practicable. Variance analysis basing on parameter sensitivities is proposed as an alternative to the conventional Monte-Carlo-analysis for investigating the influence of random device parameter variations on the system behaviour. Variance analysis requires much less computational effort while providing accurate results for all circuit properties with sufficiently smooth parameter dependencies if the random parameters can be assumed normally distributed and statistically independent. Additionally, variance analysis increases the designer’s knowledge about the circuit, as the device parameters with the highest influence on the circuit performance can immediately be identified. The comparison of various circuit techniques has shown, that sampled-time continuous-valued current-mode principles are the best choice for realizing highly parallel analog systems. A distinctive advantage of such circuits is their almost independence from device parameters. A selection of further circuit techniques with low sensitivity to random device parameter variations are summarized in a taxonomy. A CMOS image sensor with embedded highly parallel analog image processing unit has been implemented. The image sensor provides a current-mode output and is arranged separate from the processing unit. Four different possibilities for realizing an image sensor have been analysed. A conventional integrating voltage-mode pixel cell with a succeeding differential voltage- to-current-converter has been selected. The processing unit is designed for performing spatial convolution and linear transformation with externally provided digital kernels. It operates in bit-wise analog manner. The chip has been tested successfully. The measured image quality in good approximation corresponds with the estimations made with system simulations.

Die Dissertation mit dem Titel 'Applications of Riesz Transforms and Monogenic Wavelet Frames in Imaging and Image Processing' beschäftigt sich mit modernen Verfahren der Signalverarbeitung in der Bildgebung sowie in der Bildverarbeitung. Hierzu werden Riesz-Transformationen und translationsinvariante Wavelet Frames zu monogenen Frames vereint und angewandt. Bekannte Techniken wie der Strukturtensor und der Energieoperator werden mit Hilfe der neuen Verfahren verbessert und für die Orientierungsbestimmung in Bildern genutzt. Eine weitere Anwendung stellt der Algorithmus 'Equalization of Brightness' dar. Er wird mit einigen Anpassungen verwendet, um eine Implementierung der monogenen Wavelet Frames mit Hilfe des NVIDIA CUDA Frameworks vorzustellen. Bei einem empirischen Vergleich der vorgestellten Techniken mit den ursprünglichen Verfahren konnten präzisere Ergebnisse mit niedrigerer Rauschanfälligkeit nachgewiesen werden. Ein weiterer Punkt der Arbeit beschäftigt sich mit den Möglichkeiten, monogene Wavelet Frames als Filter in optischen Systemen einzusetzen.:Preface Introduction 1. Time Frequency Analysis for Signal Processing 2. The Riesz Transform and Monogenic Wavelet Frames 3. Applications of Monogenic Wavelet Frames Conclusion A. Mathematical Appendix B. Source Code Listings Bibliography List of Figures

In advanced robot applications, the challenge today is that the robot should perform different successive subtasks to achieve one or more complicated tasks similar to human. Hence, this kind of tasks required to combine different kind of sensors in order to get full information about the work environment. However, from the point of view of control, more sensors mean more possibilities for the structure of the control system. As shown previously, vision and force sensors are the most common external sensors in robot system. As a result, in scientific papers it can be found numerous control algorithms and different structures for vision/force robot control, e.g. shared, traded control etc. The lacks in integration of vision/force robot control could be summarized as follows: • How to define which subspaces should be vision, position or force controlled? • When the controller should switch from one control mode to another one? • How to insure that the visual information could be reliably used? • How to define the most appropriated vision/force control structure? In many previous works, during performing a specified task one kind of vision/force control structure has been used which is pre-defined by the programmer. In addition to that, if the task is modified or changed, it would be much complicated for the user to describe the task and to define the most appropriated vision/force robot control especially if the user is inexperienced. Furthermore, vision and force sensors are used only as simple feedback (e.g. vision sensor is used usually as position estimator) or they are intended to avoid the obstacles. Accordingly, much useful information provided by the sensors which help the robot to perform the task autonomously is missed. In our opinion, these lacks of defining the most appropriate vision/force robot control and the weakness in the utilization from all the information which could be provided by the sensors introduce important limits which prevent the robot to be versatile, autonomous, dependable and user-friendly. For this purpose, helping to increase autonomy, versatility, dependability and user-friendly in certain area of robotics which requires vision/force integration is the scope of this thesis. More concretely: 1. Autonomy: In the term of an automatic decision system which defines the most appropriated vision/force control modes for different kinds of tasks and chooses the best structure of vision/force control depending on the surrounding environments and a priori knowledge. 2. Versatility: By preparing some relevant scenarios for different situations, where both the visual servoing and force control are necessary and indispensable. 3. Dependability: In the term of the robot should depend on its own sensors more than on reprogramming and human intervention. In other words, how the robot system can use all the available information which could be provided by the vision and force sensors, not only for the target object but also for the features extraction of the whole scene. 4. User-friendly: By designing a high level description of the task, the object and the sensor configuration which is suitable also for inexperienced user. If the previous properties are relatively achieved, the proposed robot system can: • Perform different successive and complex tasks. • Grasp/contact and track imprecisely placed objects with different poses. • Decide automatically the most appropriate combination of vision/force feedback for every task and react immediately to the changes from one control cycle to another because of occurrence of some unforeseen events. • Benefit from all the advantages of different vision/force control structures. • Benefit from all the information provided by the sensors. • Reduce the human intervention or reprogramming during the execution of the task. • Facilitate the task description and entering of a priori-knowledge for the user, even if he/she is inexperienced.

Das Projekt „ValidAX - Validierung der Frameworks AMOPA und XTRIEVAL“ untersucht die Möglichkeiten die an der Professur Medieninformatik der TU Chemnitz erstellten Softwareframeworks AMOPA (Automated Moving Picture Annotator) und Xtrieval (Extensible Information Retrieval Framework) in Richtung einer wirtschaftlichen Verwertbarkeit weiterzuentwickeln und in Arbeitsprozesse praktisch einzubinden. AMOPA ist in der Lage, beliebige audiovisuelle Medien zu analysieren und Metadaten wie Schnittgrenzen, Szenen, Personen, Audiotranskriptionen und andere durchzuführen. Xtrieval ist ein hochflexibles Werkzeug, welches die Recherche in beliebigen Medien optimal ermöglicht. Für die Durchführung des Projekts wurden insgesamt drei mögliche Einsatzszenarien definiert, in denen die Frameworks unterschiedlichen Anforderungen ausgesetzt waren: - Archivierung - Interaktives und automatisiertes Fernsehen - Medizinische Videoanalysen Entsprechend der Szenarien wurden die Frameworks optimiert und technische Workflows konzipiert und realisiert. Demonstratoren dienen zur Gewinnung weiterer Verwertungspartner.:I. Kurzdarstellung 2 1. Aufgabenstellung 2 2. Voraussetzungen, unter denen das Vorhaben durchgeführt wurde 3 3. Planung und Ablauf des Vorhabens 4 4. Wissenschaftlicher und technischer Stand, an den angeknüpft wurde 6 5. Zusammenarbeit mit anderen Stellen 7 II. Eingehende Darstellung 7 1. Verwendung der Zuwendung und des erzielten Ergebnisses im Einzelnen 7 AB 1: Flexible Mediatranskodierung für den Transport audiovisueller Medien 7 AB 2: Archivierungsstraße 13 AB 3: Workflowintegration 18 AB 4: Annotationsunterstützung 27 AB 5: Bilderkennung 33 AB 6: Web-Services 40 AB 7: Parallelverarbeitung 41 2. Wichtigste Positionen des zahlenmäßigen Nachweises 43 3. Notwendigkeit und Angemessenheit der geleisteten Arbeit 45 4. Voraussichtlicher Nutzen, insbesondere der Verwertbarkeit des Ergebnisses im Sinne des fortgeschriebenen Verwertungsplans 46 5. Während der Durchführung des Vorhabens dem ZE bekannt gewordenen Fortschritts auf dem Gebiet des Vorhabens bei anderen Stellen 48 6. Erfolgte oder geplante Veröffentlichungen der Ergebnisse 48 / The project "ValidAX - Validation of the frameworks AMOPA and XTRIEVAL" examines the possibilities of developing the software framework AMOPA (Automated Moving Picture Annotator) and Xtrieval (Extensible Information Retrieval Framework) towards a commercial usage. The frameworks have been created by the Chair Media Informatics at the TU Chemnitz. AMOPA is able to analyze any audiovisual media and to generate additional metadata such as scene detection, face detection, audio transcriptions and others. Xtrieval is a highly flexible tool that allows users to search in any media. For the implementation of the project a total of three possible scenarios have been defined, in which the frameworks were exposed to different requirements: • Archiving • Interactive and automated TV • Medical video analysis According to the scenarios, the frameworks were optimized and designed and technical workflows were conceptualized and implemented. Demonstrators are used to obtain further commercialization partner.:I. Kurzdarstellung 2 1. Aufgabenstellung 2 2. Voraussetzungen, unter denen das Vorhaben durchgeführt wurde 3 3. Planung und Ablauf des Vorhabens 4 4. Wissenschaftlicher und technischer Stand, an den angeknüpft wurde 6 5. Zusammenarbeit mit anderen Stellen 7 II. Eingehende Darstellung 7 1. Verwendung der Zuwendung und des erzielten Ergebnisses im Einzelnen 7 AB 1: Flexible Mediatranskodierung für den Transport audiovisueller Medien 7 AB 2: Archivierungsstraße 13 AB 3: Workflowintegration 18 AB 4: Annotationsunterstützung 27 AB 5: Bilderkennung 33 AB 6: Web-Services 40 AB 7: Parallelverarbeitung 41 2. Wichtigste Positionen des zahlenmäßigen Nachweises 43 3. Notwendigkeit und Angemessenheit der geleisteten Arbeit 45 4. Voraussichtlicher Nutzen, insbesondere der Verwertbarkeit des Ergebnisses im Sinne des fortgeschriebenen Verwertungsplans 46 5. Während der Durchführung des Vorhabens dem ZE bekannt gewordenen Fortschritts auf dem Gebiet des Vorhabens bei anderen Stellen 48 6. Erfolgte oder geplante Veröffentlichungen der Ergebnisse 48

Bacterial cell wall proteins (S-layer) are - due to both the capability to self-assemble into two-dimensional crystals and their distinct chemical and structural properties - suitable for the deposition of metallic particles at their surface . The cluster growth is subject of this thesis. The binding of metal complexes to S-layers of Bacillus sphaericus and Sporosarcina ureae and their subsequent reduction leads to the formation of regularly arranged platinum or palladium cluster arrays on the biomolecular template. A heterogeneous nucleation mechanism is proposed for this process consisting of the binding of metal complexes and their subsequent reduction. The kinetics of the process and the binding of the complexes to the protein are characterized by UV/VIS spectroscopy. This thesis focuses on structural investigations by means of transmission electron microscopy, electron holography, scanning force microscopy, image analysis, and image processing. Preferred cluster-deposition sites are determined by correlation averaging. A more precise determination and quantification is obtained by Multivariate Statistical Analysis. Furthermore a method for the electron beam induced formation of highly-ordered metallic cluster arrays in the transmission electron microscope and a fast screening method for surface layers of Gram-positive bacteria are presented. / Bakterielle Zellhüllenproteine (S-Layer) eignen sich durch ihre Fähigkeit zur Selbstassemblierung zu zweidimensionalen Kristallen und durch ihre besonderen chemischen und strukturellen Eigenschaften zur Abscheidung regelmäßiger metallischer Partikel auf ihrer Oberfläche. In dieser Arbeit wird das Clusterwachstum auf S-Layern untersucht. Die Anbindung von Metallkomplexen an S-Layer von Bacillus sphaericus und Sporosarcina ureae und deren Reduktion führt zur Abscheidung periodisch angeordneter metallischer Platin- bzw. Palladiumcluster auf dem Biotemplat. Für diese Clusterbildung wird ein heterogener Keimbildungsmechanismus vorgeschlagen, bestehend aus Komplexanbindung und Reduktion. Die Bestimmung der Prozeßkinetik und die Charakterisierung der Anbindung der Komplexe an das Protein erfolgt mittels UV/VIS-Spektroskopie. Den Schwerpunkt dieser Arbeit bilden strukturelle Untersuchungen mit Hilfe der Transmissionselektronenmikroskopie, der Elektronenholographie, der Rasterkraftmikroskopie und der Bildanalyse und Bildverarbeitung. Durch Korrelationsmittelung werden Strukturinformationen gewonnen, die eine Bestimmung der lateral bevorzugten Clusterpositionen ermöglichen. Für die auf S-Layern erzeugten Clusterarrays wird die Belegung der einzelnen Positionen mittels Multivariater Statistischer Analyse genauer quantifiziert. Außerdem werden eine Methode zur Erzeugung hochgeordneter metallischer Partikelarrays unter dem Einfluß des Elektronenstrahles im Transmissionselektronenmikroskop und eine Methode zum schnellen Test Gram-positiver Bakterienstämme auf die Existenz von S-Layern vorgestellt.

Das Buch gibt eine Einführung in die Digitale Bildverarbeitung. Der Inhalt des Buches gliedert sich in sechs Kapitel. Im ersten Kapitel werden die wichtigsten Definitionen und Anwendungsgebiete der Digitalen Bildverarbeitung sowie wesentliche Komponenten eines digitalen Bildverarbeitungssystems erklärt. Das zweite Kapitel befasst sich mit den Grundlagen digitaler Bilder, den Bilddatenformaten und Kompressionsverfahren. Die Grundlagen der Farbtheorie und ein kurzer Überblick über die wichtigsten Farbsysteme werden im dritten Kapitel vermittelt. Die zwei anschließenden Kapitel beschäftigen sich mit der Manipulation von Grauwerten. Der Schwerpunkt liegt hier auf den Punktoperationen und den Filtertechniken. Das letzte Kapitel behandelt die für die Lehrgebiete Photogrammetrie, Fernerkundung und Geoinformationssysteme überaus wichtigen Grundlagen der geometrischen Transformation.:Vorwort 1. Einführung in die digitale Bildverarbeitung 1.1 Definition der Bildverarbeitung 1.2 Anwendungsgebiete der Digitalen Bildverarbeitung 1.3 Komponenten eines Bildverarbeitungssystems 2. Digitale Bilder 2.1 Entstehung digitaler Bilder 2.2 Bildmatrix und Grauwerte 2.3 Digitale Bilder im Ortsbereich 2.3.1 Bildrepräsentation 2.3.2 Auflösung eines Pixels 2.3.3 Das Pixelkoordinatensystem 2.3.4 Grundsätzliche Festlegungen 2.3.5 Topologien oder Nachbarschaftsrelationen 2.3.6 Distanzen 2.4 Eigenschaften digitaler Bilder 2.4.1 Mittelwert und mittlere quadratische Abweichung 2.4.2 Varianz und Standardabweichung 2.4.3 Histogramm 2.4.4 Stochastische Einflüsse 2.5 Kompressionen und Datenformate 2.5.1 Ausgewählte Verfahren zur Bildkompression 2.5.2 Bilddatenformate 3. Farbtheorie 3.1 Was ist Farbe? 3.2 Farbsysteme 3.2.1 RGB- und CMY- Farbsystem 3.2.2 Das Farbdreieck (Maxwell’sches Dreieck) 3.2.3 Das IHS- Modell 3.2.4 Das CIE- Farbmodell 3.3 Bildwiedergabe 3.4 Farbmanipulation 4. Punktoperationen 4.1 Schwellwertoperation zur Erzeugung von Binärbildern 4.2 Arithmetische Bildoperationen 4.3 Logische oder Boolesche Kombinationen 4.4 Kontrast- und Helligkeitsänderungen 4.4.1 Kontrastübertragungsfunktionen 4.4.2 Kontrastveränderung durch Histogrammanpassungen 4.4.3 Äquidensitenherstellung 5. Filteroperationen 5.1 Lineare Filter 5.1.1 Tiefpassfilter 5.1.2 Hochpassfilter 5.1.2.5 Schärfung 5.2 Morphologische Filter 5.2.1 Medianfilter 5.2.2 Minimum- und Maximumfilter 5.2.3 Dilatation und Erosion im Binärbild 5.2.4 Opening und Closing 6. Geometrische Bildtransformationen 6.1 Koordinatentransformationen im 2D-Raum 6.2 Direkte und indirekte Transformation 6.2.1 Direkte Transformation 6.2.2 Indirekte Transformation 6.3 Resampling 6.3.1 Nächster Nachbar 6.3.2 Bilineare Interpolation 6.3.3 Interpolationen höherer Ordnung 6.3.4 Zusammenfassung der Interpolationsmethoden Quellennachweis Sachregister / The book provides an introduction into digital image processing. The content of the book is divided into six chapters. In the first chapter, the most important definitions and areas of application of digital image processing as well as essential components of a digital image processing system are explained. The second chapter deals with the basics of digital images, image data formats and compression methods. The basics of color theory and a brief overview of the most important color systems are presented in the third chapter. The following two chapters deal with the manipulation of gray values. The focus here is on point operations and filtering techniques. The last chapter deals with the fundamentals of geometric transformation, which are extremely important for the areas of photogrammetry, remote sensing and geographic information systems.:Vorwort 1. Einführung in die digitale Bildverarbeitung 1.1 Definition der Bildverarbeitung 1.2 Anwendungsgebiete der Digitalen Bildverarbeitung 1.3 Komponenten eines Bildverarbeitungssystems 2. Digitale Bilder 2.1 Entstehung digitaler Bilder 2.2 Bildmatrix und Grauwerte 2.3 Digitale Bilder im Ortsbereich 2.3.1 Bildrepräsentation 2.3.2 Auflösung eines Pixels 2.3.3 Das Pixelkoordinatensystem 2.3.4 Grundsätzliche Festlegungen 2.3.5 Topologien oder Nachbarschaftsrelationen 2.3.6 Distanzen 2.4 Eigenschaften digitaler Bilder 2.4.1 Mittelwert und mittlere quadratische Abweichung 2.4.2 Varianz und Standardabweichung 2.4.3 Histogramm 2.4.4 Stochastische Einflüsse 2.5 Kompressionen und Datenformate 2.5.1 Ausgewählte Verfahren zur Bildkompression 2.5.2 Bilddatenformate 3. Farbtheorie 3.1 Was ist Farbe? 3.2 Farbsysteme 3.2.1 RGB- und CMY- Farbsystem 3.2.2 Das Farbdreieck (Maxwell’sches Dreieck) 3.2.3 Das IHS- Modell 3.2.4 Das CIE- Farbmodell 3.3 Bildwiedergabe 3.4 Farbmanipulation 4. Punktoperationen 4.1 Schwellwertoperation zur Erzeugung von Binärbildern 4.2 Arithmetische Bildoperationen 4.3 Logische oder Boolesche Kombinationen 4.4 Kontrast- und Helligkeitsänderungen 4.4.1 Kontrastübertragungsfunktionen 4.4.2 Kontrastveränderung durch Histogrammanpassungen 4.4.3 Äquidensitenherstellung 5. Filteroperationen 5.1 Lineare Filter 5.1.1 Tiefpassfilter 5.1.2 Hochpassfilter 5.1.2.5 Schärfung 5.2 Morphologische Filter 5.2.1 Medianfilter 5.2.2 Minimum- und Maximumfilter 5.2.3 Dilatation und Erosion im Binärbild 5.2.4 Opening und Closing 6. Geometrische Bildtransformationen 6.1 Koordinatentransformationen im 2D-Raum 6.2 Direkte und indirekte Transformation 6.2.1 Direkte Transformation 6.2.2 Indirekte Transformation 6.3 Resampling 6.3.1 Nächster Nachbar 6.3.2 Bilineare Interpolation 6.3.3 Interpolationen höherer Ordnung 6.3.4 Zusammenfassung der Interpolationsmethoden Quellennachweis Sachregister

Real-time lane detection or localization is a crucial problem in modern Advanced Driver Assistance Systems (ADAS), especially in Automated Driving System. This thesis estimates the possibility to implement a lane detection system in the available low-power embedded hardware. Various state-of-the-art Lane Detection algorithms are assessed based on a number of proposed criteria. From the result of the evaluation, three different algorithms are constructed and implemented in the hardware using OpenCV library. The lane detection stage is done with different methods: using Hough Transform for line detection or randomly sampling hypotheses which are straight lines or cubic splines over the pre-processed binary image. Weights of the hypotheses are then calculated based on their positions in the image. The hypothesis which has highest weight or best position will be chosen to represent lane marking. To increase the performance of the system, tracking stage is introduced with the help of Particle Filter or Kalman Filter. The systems are then tested with several different datasets to evaluate the speed, performance and ability to work in real-time. In addition, the system interfaces with CAN bus using a CAN interface, so that the output data can be sent as messages via the CAN bus to other systems.

Das geometrische In-plane-Moireverfahren wird benutzt, um das Deformationsfeld um einen Riss in einem geschweißten Verbund zweier unterschiedlicher Metalle sowie in homogenen Proben dieser Materialien zu untersuchen. Konkret werden Vierpunktbiegeproben benutzt, wobei die Grenzflächen der Verbundproben durch Explosionsschweißen (Sprengplattieren) hergestellt werden. In Verbindung mit der digitalen Bildverarbeitung wird das Feld der Verschiebungen zum Zeitpunkt der Rissinitiierung als primäres Resultat aus den Isothetenfeldern ermittelt. Aus diesen Verschiebungsfeldern lassen sich mittels eines Approximationsverfahrens weitere Größen wie Verzerrungen und Spannungsgrößen an der Oberfläche ableiten. Zusätzlich werden dreidimensionale elastisch-plastische FEM-Berechnungen für die homogenen Proben und die Proben mit Grenzflächenriss durchgeführt. Das J-Integral wird aufgrund der experimentell und numerisch gewonnenen Daten für den Rissinitiierungszeitpunkt berechnet. Außerdem findet ein Vergleich mit J-Integralwerten statt, die mit Methoden der Materialprüfnormen bestimmt werden.

Image retrieval, texture analysis, optical character recognition and general inspection tasks are of main interest in the field of image processing and pattern recognition. Methods which operate automatically are of interest in the above mentioned areas. Therefore, translation invariant transforms are helpful tools for pattern recognition tasks. Nonlinear spatial transforms and fuzzy pattern classification with unimodal potential functions are established in signal processing. They have proved to be excellent tools in feature extraction and classification. In this thesis nonlinear discrete transforms, which are adaptable for different application tasks, will be presented. The adaptivity includes the group specific behaviour, the amount of calculations and the implementability in application specific integrated circuits. The pattern separability properties of these transforms are better compared to that of the well known power spectrum of the Fourier transform and several other known transforms. Furthermore, a hardware accelerator image processing and classification system will presented, which is implemented on one field programmable gate array (FPGA). The system can be used for feature extraction, pattern recognition and classification tasks. In the field of printed image inspection the system is applicable under practical aspects. / In vielen Bereichen der ein- und zweidimensionalen Signalverarbeitung besteht die Aufgabe Signale oder Objekte unabhängig von ihren aktuellen Positionen mittels geeigneter Merkmale zu klassifizieren. Mit Hilfe schneller nichtlinearer Spektraltransformationen ist eine positionsinvariante Merkmalgewinnung möglich. In dieser Arbeit werden reelle Transformationen vorgestellt, deren Eigenschaften in Bezug auf verschiedene Parameter angepasst werden können. Zu nennen ist das gruppeninvariante Verhalten, der rechentechnische Aufwand und die Implementierbarkeit in applikationsspezifische Schaltungen. Durch unterschiedliche Berechnungsstrukturen kann beispielsweise die Separationseigenschaft aufgabengemäß adaptiert werden. Basierend auf dem Konzept charakteristischer Matrizen wird ein generalisiertes Verfahren zur Berechnung der Transformationen abgeleitet. Bezüglich ihrer Charakteristika können die vorzustellenden Transformationen gegenüber anderen als ebenbürtig oder sogar überlegen bezeichnet werden. In Kombination mit einem Fuzzy-Klassifikationsverfahren (Fuzzy-Pattern-Classification, FPC) wird ein System-On-Programmable-Chip Mustererkennungssystem entwickelt, das auf einem programmierbaren applikationsspezifischen Schaltkreis (FPGA) implementiert wird. Das System ist in der Lage pixel-basierende Bilder zu klassifizieren. In der Anwendung der Druckbildinspektion erweist sich das Mustererkennungssystem als praxisgerecht einsetzbar.

Nichtlineare Verzerrungen von Rasterkraftmikroskopie (engl.: scanning probe microscopy, Abk.: SPM) Bildern beeinträchtigen die Qualität von Nanotomographiebildern und SPM Bildsequenzen. In dieser Arbeit wird ein neues, nichtlineares Registrierungsverfahren vorgestellt, das auf einem für medizinische Anwendungen entwickelten Algorithmus aufbaut und diesen für die Behandlung von SPM Daten erweitert. Die nichtlineare Registrierung ermöglicht es, verschiedene nanostrukturierte Materialen über große Bereiche (1 µm x 1 µm) mit einer Auflösung von 10 nm abzubilden. Dies erlaubt eine wesentlich detailliertere quantitative Analyse der Daten. Hierfür wurde eine neue Datenreduktions- und Visualisierungsmethode für Mikrodomänennetzwerke von Blockcopolymeren eingeführt. Zwei- und dreidimensionale Mikrodomänenstrukturen werden zu ihrem Skelett reduziert, Verzweigungspunkte farblich codiert und der entstandene Graph visualisiert. Die Anzahl verschiedener Skelettverzweigungen lässt sich über die Zeit verfolgen. Die Methode wurde mit lokalen Minkowskimaßen der ursprünglichen Graustufenbilder verglichen. Sie liefert morphologische und geometrische Informationen auf unterschiedlichen Längenskalen.