Faserverbundwerkstoffe werden häufiger für Leichbauanwendungen eingesetzt. Thermoplastische Matrixmaterialien gewinnen in der letzten Zeit immer mehr an Bedeutung wegen höherer Produktivität, niedriger Kosten und besserer Umweltfreundlichkeit sowie Recyclingsfähigkeit. Im Rahmen des Projektes SFB 639 werden Spacer-Strukturen aus GF (Glas)- und PP (Polypropylen)-Filamenten verstärkten Textilien hergestellt. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Montage von textilen Preformen mittels Nähtechnik und den mechanischen Eigenschaften genähter thermoplastischer Faserverbundwerkstoffe. Das Ziel ist, durch Untersuchungen der Festigkeitseigenschaften von genähten thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen die Möglichkeiten gezielter Verbesserung der mechanischen Eigenschaften herauszufinden. Als Versuchsmaterial werden Twintex®-Gewebe und Mehrlagengestrick (hergestellt im ITB) aus GF- und PP-Filamenten verwendet. Durch Zug-, Schub-, Biege- und interlaminare Scherfestigkeitsuntersuchungen ist festzustellen, dass das Nähen an mehrschichtigen thermoplastischen faserverstärkten Verbundwerkstoffe positiv wirken kann. Durch Verwenden thermoplastischer Nähfäden wie beispielsweise Polyester-Nähfäden kann die Zugfestigkeit des Verbundes sogar erhöht werden. Ohne Verminderung der Zugfestigkeit kann das Nähen die Schlagzähigkeit thermoplastischer Faserverbundwerkstoffe wesentlich erhöhen. Bei der Schlagbelastung erzeugen die Nähte neue Arten des Bruchs, so dass mehr Energie aufgenommen wird. Durch das Nähen lässt sich die Schlagzähigkeit besonders bei Faserverbundwerkstoffen mit thermoplastischer Matrix bei niedrigen Temperaturen erhöhen. Die Zugfestigkeitsuntersuchungen von genähten überlappenden Faserverbunden zeigen, dass das Nähen die Zugfestigkeit überlappender Bauteile leicht erhöhen kann. Die Erfahrungen mit der Wirkung von Überlappungen der Verstärkungstextilien in Faserverbundbauteilen mit duromerer Matrix sind nicht auf thermoplastische Matrices zu übertragen. Der Konsolidierungsprozess mit thermoplastischer Matrix mittels Presstechnologie erzwingt eine konstante Wandstärke, so dass lokal im Überlappungsbereich ein erhöhter Faservolumenanteil theoretisch zu erwarten und praktisch nachgewiesen ist. Zur Vorbereitung der Montage von Faserverbundbauteilen kann das Einbringen von Löchern zur Aufnahme von Bolzen oder Schrauben erforderlich sein. Ein Konzept für ein maschinelles Verfahren zur Lochverstärkung wird in dieser Arbeit vorgeschlagen. Der Konstrukteur von Faserverbundbauteilen muss außerdem berücksichtigen, dass ein Gewinn an Schlagzähigkeit mit Verlusten bei den In-Plane-Eigenschaften verbunden ist. Durch eine optimale Wahl der Nahtparameter lassen sich gewünschte Eigenschaften des Faserverbundwerkstoffes einstellen. Trotz vielfältiger, auch berechtigter Kritik besitzt das Nähen als Montageverfahren für Preformen eine Perspektive, wenn die Nähte zielführend positioniert und schonende Nähprozessbedingungen gewährleistet werden.

Thesis (MScEng)-- Stellenbosch University, 2013. / ENGLISH ABSTRACT: Diabetic- and hypertensive retinopathy are two common causes of blindness that can be prevented by managing the underlying conditions. Patients suffering from these conditions are encouraged to undergo regular examinations to monitor the retina for signs of deterioration. For these routine examinations an ophthalmoscope is used. An ophthalmoscope is a relatively inexpensive device that allows an examiner to directly observe the ocular fundus (the interior back wall of the eye that contains the retina). These devices are analog and do not allow the capture of digital imagery. Fundus cameras, on the other hand, are larger devices that o er high quality digital images. They do, however, come at an increased cost and are not practical for use in the eld. In this thesis the design and implementation of a system that digitises imagery from an ophthalmoscope is discussed. The main focus is the development of software algorithms to increase the quality of the images to yield results of a quality closer to that of a fundus camera. The aim is not to match the capabilities of a fundus camera, but rather to o er a cost-e ective alternative that delivers su cient quality for use in conducting routine monitoring of the aforementioned conditions. For the digitisation the camera of a mobile phone is proposed. The camera is attached to an ophthalmoscope to record a video of an examination. Software algorithms are then developed to parse the video frames and combine those that are of better quality. For the parsing a method of rapidly selecting valid frames based on colour thresholding and spatial ltering techniques are developed. Registration is the process of determining how the selected frames t together. Spatial cross-correlation is used to register the frames. Only translational transformations are assumed between frames and the designed algorithms focuses on estimating this relative translation in a large set of frames. Methods of optimising these operations are also developed. For the combination of the frames, averaging is used to form a composite image. The results obtained are in the form of enhanced grayscale images of the fundus. These images do not match those captured with fundus cameras in terms of quality, but do show a signi cant increase when compared to the individual frames that they consists of. Collectively a set of video frames can cover a larger region of the fundus than what they do individually. By combining these frames an e ective increase in the eld of view is obtained. Due to low light exposure, the individual frames also contain signi cant noise. In the results the noise is reduced through the averaging of several frames that overlap at the same location. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Diabetiese- en hipertensiewe retinopatie is twee algemene oorsake van blindheid wat deur middel van die behandeling van die onderliggende oorsake voorkom kan word. Pasiënte met hierdie toestande word aangemoedig om gereeld ondersoeke te ondergaan om die toestand van die retina te monitor. 'n Oftalmoskoop word gebruik vir hierdie roetine ondersoeke. 'n Oftalmoskoop is 'n relatiewe goedkoop, analoë toestel wat 'n praktisyn toelaat om die agterste interne wand van die oog the ondersoek waar die retina geleë is. Fundus kameras, aan die ander kant, is groter toestelle wat digitale beelde van 'n hoë gehalte kan neem. Dit kos egter aansienlik meer en is dus nie geskik vir gebruik in die veld nie. In hierdie tesis word die ontwerp en implementering van 'n stelsel wat beelde digitaliseer vanaf 'n oftalmoskoop ondersoek. Die fokus is op die ontwikkeling van sagteware algoritmes om die gehalte van die beelde te verhoog. Die doel is nie om die vermoëns van 'n fundus kamera te ewenaar nie, maar eerder om 'n koste-e ektiewe alternatief te lewer wat voldoende is vir gebruik in die veld tydens die roetine monitering van die bogenoemde toestande. 'n Selfoonkamera word vir die digitaliserings proses voorgestel. Die kamera word aan 'n oftalmoskoop geheg om 'n video van 'n ondersoek af te neem. Sagteware algoritmes word dan ontwikkel om die videos te ontleed en om videogrepe van goeie kwaliteit te selekteer en te kombineer. Vir die aanvanklike ontleding van die videos word kleurband drempel tegnieke voorgestel. Registrasie is die proses waarin die gekose rame bymekaar gepas word. Direkte kruiskorrelasie tegnieke word gebruik om die videogrepe te registreer. Daar word aanvaar dat die videogrepe slegs translasie tussen hulle het en die voorgestelde registrasie metodes fokus op die beraming van die relatiewe translasie van 'n groot versameling videogrepe. Vir die kombinering van die grepe, word 'n gemiddeld gebruik om 'n saamgestelde beeld te vorm. Die resultate wat verkry word, word in die vorm van verbeterde gryskleur beelde van die fundus ten toon gestel. Hierdie beelde is nie gelykstaande aan die kwaliteit van beelde wat deur 'n fundus kamera geneem is nie. Hulle toon wel 'n beduidende verbetering teenoor individuele videogrepe. Deur dat 'n groot versameling videogrepe wat gesamentlik 'n groter area van die fundus dek gekombineer word, word 'n e ektiewe verhoging van data in die area van die saamgestelde beeld verkry. As gevolg van lae lig blootstelling van die individuele grepe bevat hul beduidende ruis. In die saamgestelde beelde is die ruis aansienlik minder as gevolg van 'n groter hoeveelheid data wat gekombineer is om sodoende die ruis uit te sluit.

A new approach for object replacement in 3D space is presented. Introducing a technique that replaces the older two dimensional (2D) based facial replacement method performed by compositing artist in motion picture productions and video commercial industry. This method uses 4 digital video cameras filming an actor from 360 degrees, the cameras are placed with 90 degrees in between, the video footage acquired is then used to produce a 3D video texture consisting of video segments taken from different angles representing the object from 3D point of view. The video texture is then applied to a 3D modelled head matching the geometry of the original object. Offering the freedom of showing the object from any point of view from 3D space, which is not possible using the current two dimensional method where the actormust at all time face the camera. The method is described in details with images showing every stage of the process. Results are presented as still frames taken from the final video footage and as a video file demonstrating them.

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Faserverbundwerkstoffe werden häufiger für Leichbauanwendungen eingesetzt. Thermoplastische Matrixmaterialien gewinnen in der letzten Zeit immer mehr an Bedeutung wegen höherer Produktivität, niedriger Kosten und besserer Umweltfreundlichkeit sowie Recyclingsfähigkeit. Im Rahmen des Projektes SFB 639 werden Spacer-Strukturen aus GF (Glas)- und PP (Polypropylen)-Filamenten verstärkten Textilien hergestellt. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Montage von textilen Preformen mittels Nähtechnik und den mechanischen Eigenschaften genähter thermoplastischer Faserverbundwerkstoffe. Das Ziel ist, durch Untersuchungen der Festigkeitseigenschaften von genähten thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen die Möglichkeiten gezielter Verbesserung der mechanischen Eigenschaften herauszufinden. Als Versuchsmaterial werden Twintex®-Gewebe und Mehrlagengestrick (hergestellt im ITB) aus GF- und PP-Filamenten verwendet. Durch Zug-, Schub-, Biege- und interlaminare Scherfestigkeitsuntersuchungen ist festzustellen, dass das Nähen an mehrschichtigen thermoplastischen faserverstärkten Verbundwerkstoffe positiv wirken kann. Durch Verwenden thermoplastischer Nähfäden wie beispielsweise Polyester-Nähfäden kann die Zugfestigkeit des Verbundes sogar erhöht werden. Ohne Verminderung der Zugfestigkeit kann das Nähen die Schlagzähigkeit thermoplastischer Faserverbundwerkstoffe wesentlich erhöhen. Bei der Schlagbelastung erzeugen die Nähte neue Arten des Bruchs, so dass mehr Energie aufgenommen wird. Durch das Nähen lässt sich die Schlagzähigkeit besonders bei Faserverbundwerkstoffen mit thermoplastischer Matrix bei niedrigen Temperaturen erhöhen. Die Zugfestigkeitsuntersuchungen von genähten überlappenden Faserverbunden zeigen, dass das Nähen die Zugfestigkeit überlappender Bauteile leicht erhöhen kann. Die Erfahrungen mit der Wirkung von Überlappungen der Verstärkungstextilien in Faserverbundbauteilen mit duromerer Matrix sind nicht auf thermoplastische Matrices zu übertragen. Der Konsolidierungsprozess mit thermoplastischer Matrix mittels Presstechnologie erzwingt eine konstante Wandstärke, so dass lokal im Überlappungsbereich ein erhöhter Faservolumenanteil theoretisch zu erwarten und praktisch nachgewiesen ist. Zur Vorbereitung der Montage von Faserverbundbauteilen kann das Einbringen von Löchern zur Aufnahme von Bolzen oder Schrauben erforderlich sein. Ein Konzept für ein maschinelles Verfahren zur Lochverstärkung wird in dieser Arbeit vorgeschlagen. Der Konstrukteur von Faserverbundbauteilen muss außerdem berücksichtigen, dass ein Gewinn an Schlagzähigkeit mit Verlusten bei den In-Plane-Eigenschaften verbunden ist. Durch eine optimale Wahl der Nahtparameter lassen sich gewünschte Eigenschaften des Faserverbundwerkstoffes einstellen. Trotz vielfältiger, auch berechtigter Kritik besitzt das Nähen als Montageverfahren für Preformen eine Perspektive, wenn die Nähte zielführend positioniert und schonende Nähprozessbedingungen gewährleistet werden.

This is a study exploring how robust one feature descriptors, scale invariant feature transform (SIFT), and one feature detector, feature accelerated segmentation test (FAST), are in terms of handling fetoscopic acquired data when mosaicing. Today’s treatment of severe Twin-to-Twin Transfusion Syndrome at Karolinska University Hospital is fetoscopic guided laser occlusion of chorioangiopagous vessels (FLOC) where intersecting blood vessels causing a transfusion (Anastomoses) in between the fetuses are occluded. These blood vessels are located somewhere on the placenta. The fetoscopy includes navigation of a relatively large area where the field of view (FOV) is limited. The limited FOV during the fetoscopy makes it cumbersome to navigate and identify intersected blood vessels. The motivation of this study is to explore ways of dealing with the complications during FLOC by mosaicing an overview of the placenta that can be used as an assisting map to make the procedure safer by improving navigation of the fetoscope and identification of blood vessels during FLOC. In this study, the steps of mosaicing are defined based on mosaicing frameworks to explore how these methods perform in terms of being able to mosaic a map of the placenta. The methods have been tested on non-fetoscopic acquired data as well as fetoscopic acquired data to create a relative measure in between the two. Three tests on non- fetoscopic data were performed to explore how well the methods handled mosaicing of data with distinctive characteristics. The same methods were then tested on unprocessed fetoscopic data before being tested on preprocessed fetoscopic data to see if the results were affected by external preprocessing. The results showed that there were differences in between the methods. SIFT and FAST showed that they have potential of mosaicing non-fetoscopic data of varying extent. SIFT gave an impression of being more robust during all of the tests. SIFT especially performed better during the tests on data with few potential keypoints which is an advantage when speaking of fetoscopic acquired data. SIFT also managed to mosaic a larger area than FAST when mosaicing preprocessed fetoscopic data. Preprocessing the data improved the mosaicing when using SIFT but further improvements are needed. / Denna studie utforskar hur robust en intressepunktsbeskrivare, scale invariant feature transform (SIFT), och enintressepunktsdetektor, feature accelerated segmentation test (FAST), hanterar digitala bilder insamlade av ett fetoskop med syfte att sy ihop dessa till en översiktskarta. Dagens behandling av tvillingtransfusionsyndrom vid Karolinska Universitetssjukhuset är fetoscopic guided laser occlusion of chorioangiopagous vessels (FLOC). Under denna fetoskopi bränner man och därmed blockerar korsande blodkärl som orsakar en transfusion (anastomoses) och obalans i blodomloppet mellan två tvillingfoster. Dessa blodkärl är lokaliserade på placentan. Fetoskopin omfattar navigering av en relativt stor area med ett begränsat synfält. Det begränsade synfältet under FLOC gör det svårt att orientera fetoskopet och identifiera korsande blodkärl som orsakar transfusionen. Syftet med studien är att utforska ett sätt att hantera komplikationerna med FLOC igenom att utforska sätt att skapa en översiktskarta av placentan under FLOC. Denna översiktskarta kan nyttjas under FLOC och därmed göra proceduren säkrare igenom att kartan underlättar orienteringen av fetoskopet och identifiering av orsakande blodkärl. I denna studie är stegen för att skapa en översiktskarta baserade på olika datorseende ramverk för att se hur dessa tillvägagångssätt presterar när det gäller att skapa en översiktskarta. Metoderna för att skapa en översiktskarta har testats på data insamlad med webkamera och data insamlad med fetoskop för att skapa en relativ uppfattning om hur de står sig beroende på indata. Tre tester på data insamlad med webkamera genomfördes för att utforska hur väl metoderna hanterade data med många potentiella intressepunkter, rörelse orsakad av handhållen enhet/kamera, repetitiva mönster, översiktskartor som resulterande i större upplösning, och liten möjlighet att hitta intressepunkter. Samma metoder testades sedan på icke behandlad data insamlad med fetoskop innan den testades på förbehandlad data insamlad med fetoskop för att se förbehandlingensnödvändighet och prestation. Resultaten visar att det är skillnader mellan de två metoderna använda i denna studie, både när det gäller data insamlad med fetoskop och webkamera. SIFT och FAST visar potential av olika grad när det gäller att skapa en översiktskarta med data insamlad av webkamera. SIFT visade sig vara mer robust under alla tester inklusive data insamlad med fetoskop. SIFT presterade speciellt bättre under testen som omfattade få antal möjliga intressepunkter vilket är en fördel när det gäller data insamlad med fetoskop. SIFT lyckades också skapa översiktskartor med större area än FAST när förbehandlad fetoskopisk data testades. När det gäller SIFT så visade resultaten en förbättring när data insamlad med fetoskop förbehandlades men att ytterligare förbättringar är nödvändiga.

Semi-autonomous uncrewed aerial vehicles (UAVs) are telerobotic operations by definition where the UAV assumes the role of a telerobot and the human assumes the role of a supervisor. All telerobotic operations are susceptible to time delays due to communication, mechanical, and other constraints. Typically, these delays are small and do not affect the telerobotic operation for most of the tasks. However, for long-distance telerobotic operations like interplanetary rovers, deep underwater vehicles, etc. the delays can be so significant that they can render the entire operation void. This dissertation investigates the use of a novel heterogeneous stereo-vision system to mitigate the effects of time delays in a UAV-based visual interface presented to a human operator. The heterogeneous stereo-vision system consists of an omnidirectional camera and a pan-tilt-zoom camera. Two predictive display setups were developed that modify the delayed video imagery that would otherwise be presented to the operator in a way that provides an almost immediate visual response to the operator's control actions. The usability of the system is determined through human performance testing with and without the predictive algorithms. The results indicate that the predictive algorithm allows more efficient, accurate, and user-friendly operation. The second half of the dissertation deals with improving the performance of the predictive display and expanding the concept of the prediction from a stationary gimbal-camera system to a moving 6 DoF aircraft. Specifically, it talks about a novel extended Kalman filter (EKF)-based nonlinear predictor – the extended Kalman predictor (EKP) – and compares its performance with two linear predictors, the Smith predictor (SP) and the Kalman predictor (KP). This dissertation provides the mathematical formulation of the EKP, as well as the two linear predictors, and describes their use with simulated flight data obtained using a nonlinear motion model for a small, fixed-wing UAV. The EKP performs comparably to the KP when the aircraft motion experiences small perturbations from a nominal trajectory, but the EKP outperforms the KP for larger excursions. The SP performs poorly in every case. / Doctor of Philosophy / Semi-autonomous uncrewed aerial vehicles (UAVs) are telerobotic operations by definition where the aerial vehicle assumes the role of a telerobot and the human assumes the role of a supervisor. This dissertation addresses the challenges posed by time delays in uncrewed aerial vehicle operations, particularly for long-distance operations such as interplanetary exploration and deep-sea missions. It investigates the use of a novel heterogeneous stereo-vision system to mitigate these delays, providing operators with nearly real-time visual feedback. Human performance testing confirms the predictive algorithm allows more efficient, accurate, and user-friendly operation. Additionally, the dissertation presents advancements in the predictive display performance for moving UAVs with six degrees of freedom. It introduces a novel extended Kalman predictor and compares it to traditional linear predictors like the Smith predictor and the Kalman predictor using simulated flight data. The extended Kalman predictor demonstrates superior performance for larger deviations from trajectory, highlighting its effectiveness in predicting the motion of an aircraft when there are time delays present.

Ένα σημαντικό πρόβλημα είναι η αντιστοίχιση εικόνων με σκοπό τη δημιουργία πανοράματος. Στην παρούσα εργασία έχουν χρησιμοποιηθεί αλγόριθμοι που βασίζονται στη χρήση σημείων κλειδιών. Αρχικά στην εργασία βρίσκονται σημεία κλειδιά για κάθε εικόνα που μένουν ανεπηρέαστα από τις αναμενόμενες παραμορφώσεις με την βοήθεια του αλγορίθμου SIFT (Scale Invariant Feature Transform). Έχοντας τελειώσει αυτή τη διαδικασία για όλες τις εικόνες, προσπαθούμε να βρούμε το πρώτο ζευγάρι εικόνων που θα ενωθεί. Για να δούμε αν δύο εικόνες μπορούν να ενωθούν, ακολουθεί ταίριασμα των σημείων κλειδιών τους. Όταν ένα αρχικό σετ αντίστοιχων χαρακτηριστικών έχει υπολογιστεί, πρέπει να βρεθεί ένα σετ που θα παράγει υψηλής ακρίβειας αντιστοίχιση. Αυτό το πετυχαίνουμε με τον αλγόριθμο RANSAC, μέσω του οποίου βρίσκουμε το γεωμετρικό μετασχηματισμό ανάμεσα στις δύο εικόνες, ομογραφία στην περίπτωσή μας. Αν ο αριθμός των κοινών σημείων κλειδιών είναι επαρκής, δηλαδή ταιριάζουν οι εικόνες, ακολουθεί η ένωσή τους. Αν απλώς ενώσουμε τις εικόνες, τότε θα έχουμε σίγουρα κάποια προβλήματα, όπως το ότι οι ενώσεις των δύο εικόνων θα είναι πολύ εμφανείς. Γι’ αυτό, για την εξάλειψη αυτού του προβλήματος, χρησιμοποιούμε τη μέθοδο των Λαπλασιανών πυραμίδων. Επαναλαμβάνεται η παραπάνω διαδικασία μέχρι να δημιουργηθεί το τελικό πανόραμα παίρνοντας κάθε φορά σαν αρχική την τελευταία εικόνα που φτιάξαμε στην προηγούμενη φάση. / Stitching multiple images together to create high resolution panoramas is one of the most popular consumer applications of image registration and blending. At this work, feature-based registration algorithms have been used. The first step is to extract distinctive invariant features from every image which are invariant to image scale and rotation, using SIFT (Scale Invariant Feature Transform) algorithm. After that, we try to find the first pair of images in order to stitch them. To check if two images can be stitched, we match their keypoints (the results from SIFT). Once an initial set of feature correspondences has been computed, we need to find the set that is will produce a high-accuracy alignment. The solution at this problem is RANdom Sample Consensus (RANSAC). Using this algorithm (RANSAC) we find the motion model between the two images (homography). If there is enough number of correspond points, we stitch these images. After that, seams are visible. As solution to this problem is used the method of Laplacian Pyramids. We repeat the above procedure using as initial image the ex panorama which has been created.

This master's thesis deals with the interest point detection in images. The main goal is to create an application for making panoramic photos, which is based on this detection. The application uses the SIFT detector for finding keypoints of the image. Afterwards the geometrical consistence of image points using the RANSAC algorithm is finds out and images are transform into panorama in accordance with this geometrical consistence. Finally techniques for blending of transition between photos are used.

This work is focussed on different unwanted effects that damage a digitally acquired image. An image acquired using a digital camera can suffer from a series of defects. First, the noise is concerned. It occures due to discretisation. Next, there are the defects including vignetting, radial image distortion, chromatic aberration. In my thesis I also worked on backlight image compensation and panorama creation from an image sequence. For backlight images we need to increase the brightness in the dark parts of the image, so that the details became more visible. At panorama creation we are careful about brightness evenness in partial images, which is usually not conserved and consequently we try to find a suitable boundary-line to connect images and smooth it. The fundamental part of my work was writing the algorithms that are able to compensate these defects at least partly. For this aim I took use of the Matlab environment.