In dieser Arbeit werden Methoden für die Inline-Überwachung umgeformter Blechteile mittels 2D-Bildverarbeitung entwickelt und deren Sensitivität hinsichtlich der Erkennung von Bauteilfehlern sowie deren Robustheit gegenüber den im Presswerk vorherrschenden lage-, umgebungs- und prozessbedingten Störeinflüssen untersucht. Um ein breites Spektrum möglicher Störeinflüsse abdecken zu können, wird ein repräsentativer Bauteiltyp ausgewählt. Dabei handelt es sich um ein PKW-Türinnenblech. Zur flächendeckenden Erfassung des ausgewählten Bauteiltyps wird ein Versuchsstand in Form eines über dem Auslaufband befindlichen Mehrkamerasystems in eine Pressenstraße integriert. Unter Berücksichtigung von Störeinflüssen werden die Methoden der nachbarschafts- und intensitätsbasierten Detektion systematisch erarbeitet. Beide Methoden basieren auf dem Prinzip der Anomaliedetektion, um die Erkennung neu auftretender Fehlervarianten zu ermöglichen. Als Datenbasis für die Evaluierung der Methoden dienen die mittels Versuchsstand aufgezeichneten Bilder von Bauteilen des ausgewählten Typs aus verschiedenen Produktionschargen.:Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Formelzeichen 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Verfolgter Lösungsansatz und Eingrenzung der Arbeit 1.3 Aufbau der Arbeit 2 Grundlagen und Stand der Technik 2.1 Grundlagen zur Klassifizierung von Qualitätsfehlern 2.2 Grundlagen zu Anforderungen an Inline-Überwachungssysteme 2.3 Bestehende Verfahren zur optischen Überwachung mittels 3D-Formerfassung 2.3.1 Lichtschnittverfahren 2.3.2 Streifenprojektion und andere Methoden der strukturierten Beleuchtung 2.4 Grundlagen zur optischen Überwachung mittels 2D-Bildverarbeitung 2.4.1 Rechnergestützte Repräsentation von Bildern 2.4.2 Geometrische Transformationen von Bildern und Bildähnlichkeit 2.4.3 Bildakquisition und Beschreibung von Kameras 2.4.4 Beleuchtungsanordnungen 2.4.5 Zusammenspiel von Beleuchtung und Bildverarbeitung 2.5 Bestehende Verfahren zur optischen Überwachung mittels 2D Bildverarbeitung 2.5.1 Systeme mit bewegter Kamera 2.5.2 Systeme mit stationären Kameras 2.5.3 Lösungsansätze für verwandte Problemstellungen 2.6 Bestehende Verfahren zur Inline-Überwachung basierend auf weiteren Prinzipien 2.7 Fazit 3 Zielstellung 4 Anforderungsanalyse und Konzeptentwicklung 4.1 Testumgebung und Bauteilauswahl 4.2 Anforderungsanalyse 4.2.1 Sensitivität der Detektion von Bauteilfehlern 4.2.2 Robustheit der Inline-Überwachung 4.2.3 Inline-Fähigkeit, Skalierbarkeit und Transparenz 4.3 Versuchsstand 4.4 Aufbau der Datenbasis 4.5 Konzept für die Inline-Überwachung 4.6 Zusammenfassung 5 Methoden zur Vorverarbeitung 5.1 Kompensation von Lageabweichungen 5.1.1 Definition Lagevariation und -abweichung 5.1.2 Bildverarbeitungstechnische Repräsentation der Soll-Lage 5.1.3 Vorüberlegungen zur Lagekompensation 5.1.4 Eignung von Bildregistrierungsverfahren 5.1.5 Evaluierung und Optimierung 5.2 Vordergrund-/Hintergrundtrennung 5.2.1 Herausforderungen bei der V/H-Trennung 5.2.2 Lösungsansatz für die V/H-Trennung 5.2.3 Evaluierung der eingeschränkten V/H-Trennung 5.2.4 Vollständige V/H-Trennung 5.3 Zusammenfassung 6 Fehlererkennung mittels Anomaliedetektion 6.1 Lernprinzip und Umsetzung als Online-Algorithmus 6.2 Intensitätsbasierte Detektion 6.2.1 Verfahrensbeschreibung 6.2.2 Analyse des Verfahrens 6.3 Nachbarschaftsbasierte Detektion 6.3.1 Verfahrensbeschreibung 6.3.2 Analyse des Verfahrens 6.4 Zusammenfassung 7 Evaluierung und Optimierung 7.1 Versuchsvorbereitung 7.2 Optimierung von Parametern 7.3 Statistische Auswertung 7.4 Ergebnisse und Schlussfolgerungen 8 Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis Anhang Anhang A Komponenten des Versuchsstandes und deren Interaktion Anhang B OpenCV-Methoden für die merkmalsbasierte Registrierung Anhang C Implementierung von ECC unter Nutzung von OpenCV Anhang D Parameter für die Evaluierung der Bildregistrierung Anhang E Beispielrechnung für mehrstufiges ECC-Verfahren Anhang F Algorithmen

Die vorliegende Arbeit hat die Entwicklung und Validierung eines Inline-Faltenauswertungsmoduls zur Auswertung der Faltenverteilung an gezogenen Kartonformteilen im Prozess zum Ziel. Ein entsprechend konstruierter Versuchsaufbau ermöglicht die dafür notwendigen Bilddaten innerhalb des Ziehprozesses zu akquirieren und annähernd in Echtzeit auszuwerten. Durch den Ausgleich der graduellen Beleuchtung kann unter Anwendung eines zweidimensionalen Frequenzfilters eine Kontrastoptimierung zwischen Falten und Hintergrund erreicht werden, die die Auswertung der Daten begünstigt. Mittels Kreuzkorrelation mit einem Faltenmodell kann so die Position von Falten in Bildausschnitten lokalisiert werden. Dieser neuartige Ansatz ermittelt Falten nicht nur punktuell, sondern bezieht auch die Umgebung eines Pixels in die Analyse ein. Dadurch wird eine differenzierte Klassifizierung erreicht, die robust gegenüber Bildfehlern und Rauschen ist. Eine Korrekturfunktion berücksichtigt die durch die Abbildung der runden Zarge auf die Fokusebene resultierenden Positionsabweichungen und macht die Falten einer photogrammetrischen Messung zugänglich. So lassen sich mittlere Faltenabstände und deren Standardabweichungen ermitteln, die einem Vergleich mit Referenzmessmethoden standhalten. Mit Hilfe statistischer Tests kann gezeigt werden, dass vor allem aus hohen Faltenhalterkräften, und demzufolge feinverteilten Falten, größere Abweichungen zwischen dem Inline-Faltenauswertungsmodul und der Referenzmessmethode resultieren. Eine Fehlerdiskussion legt verschiedene Gründe für dieses Verhalten dar. Weiterführende Untersuchungen weisen die prinzipielle Eignung des Verfahrens für abweichende Geometrien und Materialien nach, zeigen jedoch auch Grenzen des eingesetzten Systems auf. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen werden Verbesserungsansätze vorgeschlagen, die die Limitierungen der entwickelten Methode reduzieren können. / The present thesis includes the development and validation of a module for inline-examination of wrinkle-distribution on deep-drawn paperboard containers within the deep drawing process. A suitably constructed test-device allows to acquire the necessary images within the process and their approximately real-time evaluation. The usage of a two-dimensional frequency-filter accomplishes a contrast optimization between wrinkles and background by the compensation of a gradual illumination, which supports the evaluation of the wrinkles. Through the cross-correlation with a wrinkle-model, the position of wrinkles in image segments can be determined. This novel approach not only determines the wrinkles in a punctual way, but also it includes the environment of pixels. In this way a differentiating classification is possible, which is sturdy against image errors and noise. A correcting function considers the position errors caused by the mapping of the round frame of the deep-drawn paperboard container to the focal plane and makes the wrinkles available for a photogrammetric measurement. In this way averaged wrinkle-distances and their standard deviation can be determined that withstands the comparison with certain reference measuring methods. By statistical tests can be shown, that especially high blankholder forces and therefor small wrinkles result in higher differences between the inline examination-module and the reference measuring method. An error discussion explains various reasons for this behavior. Further tests prove the general suitability of the method for different geometries and materials, but also show limits of the applied system. Based on the gained knowledge, approaches for optimization are discussed that may improve the developed method.

MRT und CT liefern komplementäre Informationen über die Strukturen der Cochlea. Um die genaue Lage der Elektrode nach Implantation eines CIs beurteilen zu können, wurden in der vorliegenden Arbeit präoperative MRT-Datensätze und postoperative CT-Datensätze mit dem frei erhältlichen Programm "3D-Slicer" fusioniert. Nach 1350 erfolgten Implantationen am Universitätsklinikum Würzburg konnte bei 16 Ohren die Qualität der Fusion beurteilt und bei 15 Ohren die intracochleäre Lage der CI-Elektroden evaluiert werden. Die manuelle Fusion der Datensätze wurde in einer reproduzierbaren Vorgehensweise umgesetzt und war der automatischen Registrierung überlegen. Bildfusion und -analyse ließen sich umso präziser und sicherer durchführen, je besser die Bildqualität und je kürzer der zeitliche Abstand zwischen der Akquisition von MRT und CT waren. Da die Cochlea bei Geburt bereits ausgewachsen ist, war die Fusion selbst bei den Kindern möglich, deren Schädel in der Zwischenzeit gewachsen war. Aufgrund der seltenen Indikation eines postoperativen CTs und mangelnder Standardisierung der Bildgebung konnte eine Analyse lediglich bei 15 der insgesamt 1350 Ohren mit CI durchgeführt werden. In diesen Fällen ließ sich die Fusion jedoch sehr gut durchführen. Die Sicherheit bei der Beurteilung der Elektrodenlage nimmt in den einzelnen Abschnitten der Cochlea von basal nach apikal ab. Unabhängig davon waren die Entscheidungen für die Elektrodenlage in der Scala tympani mit einer größeren Sicherheit gefällt worden als die für die Lage in der Scala vestibuli. Die genaue Elektrodenlage konnte im Rahmen dieser Studie zwar nicht anhand histologischer Schnitte bewiesen werden, jedoch stimmen die in den fusionierten Bildern analysierten Insertionsstellen mit den in den OP-Berichten dokumentierten Angaben überein. / MRI and CI offer complementary information on the temporal bone's structures. Preoperative MRIs and postoperative CTs were registered with the free programm "3D-Slicer" in order to evaluate the intracochlear position of the electrode of cochlear implants. Manual registration was performed in a reproducible procedure

The scope of this work is to develop a novel single-molecule imaging technique by combining atomic force microscopy (AFM) and optical fluorescence microscopy. The technique is used for characterizing the structural properties of multi-protein complexes. The high-resolution fluorescence microscopy and AFM are combined (FIONA-AFM) to allow for the identification of individual proteins in such complexes. This is achieved by labeling single proteins with fluorescent dyes and determining the positions of these fluorophores with high precision in an optical image. The same area of the sample is subsequently scanned by AFM. Finally, the two images are aligned and the positions of the fluorophores are displayed on top of the topographical data. Using quantum dots as fiducial markers in addition to fluorescently labeled proteins, fluorescence and AFM information can be aligned with an accuracy better than 10 nm, which is sufficient to identify single fluorescently labeled proteins in most multi-protein complexes. The limitations of localization precision and accuracy in fluorescence and AFM images are investigated, including their effects on the overall registration accuracy of FIONA-AFM hybrid images. This combination of the two complementary techniques opens a wide spectrum of possible applications to the study of protein interactions, because AFM can yield high resolution (5–10 nm) information about the conformational properties of multi-protein complexes while the fluorescence can indicate spatial relationships of the proteins within the complexes. Additionally, computer simulations are performed in order to validate the accuracy of the registration algorithm. / Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde ein bildgebendes Verfahren zur Identifizierung einzelner Proteine in rasterkraftmikroskopischen Aufnahmen entwickelt. Dazu wird ein integrierter Versuchsaufbau aus einem Rasterkraft- und einem optischen Mikroskop verwendet. Ziel der Technik ist die Identifizierung einzelner Proteine im biologischen Kontext (z. B. in Proteinkomplexen). Dazu werden ausgewählte Proteine fluoreszierend markiert und parallel zur Rasterkraftmessung optisch abgebildet. Für dieses Verfahren werden transparente und zugleich nano-glatte Substrate benötigt. Dazu wurden Probenträger aus Glas und Mica (Muskovit) verwendet und evaluiert. Als Fluoreszenzfarbstoffe kommen Quantenpunkte zum Einsatz, bestehend aus 5–10 nm großen Nanokristallen, die vermittels Antikörper stabil an Proteine gebunden werden können, ohne deren Funktion zu beeinträchtigen. Die optische Anregung erfolgt durch einen Argon-Laser, unter Verwendung des Prinzips der Totalreflektions-Fluoreszenz-Mikroskopie (TIRF). Im optischen Bild erscheinen die Fluorophore als einzelne Beugungsscheibchen. Durch eine Ausgleichsrechnung, bei der eine 2D-Gaußfunktion an die Daten angepasst wird, werden die Positionen der Fluorophore mit hoher Genauigkeit ermittelt (Superlocalization). Anschließend werden die Bilder durch eine affine Transformation ausgerichtet. Diese Transformation wird durch ein merkmalbasiertes Bildregistrierungsverfahren numerisch bestimmt, welches die Koordinaten einiger identischer Punkte in den Rasterkraft- und Fluoreszenzbildern als Eingabe benötigt. Die Programmierung und Evaluierung des zur Auswertung erforderlichen Algorithmus war Teil der Arbeit. Die Positionen der Fluorophore werden anschließend farbkodiert im topografischen Bild ausgegeben, was die Identifizierung einzelner Proteine/Objekte ermöglicht. Zur experimentellen Realisierung des Verfahrens wurden Abbildungen mit ungebundenen Quantenpunkten erstellt, wobei eine Überlagerungsgenauigkeit von ca. 6 nm (Glas) bzw. ca. 9 nm (Mica) erreicht werden konnte. Ergänzend dazu wurden Simulationen durchgeführt, um die Validität des Auswertungsalgorithmus zu bestätigen. Diese ermöglichen zusätzlich Vorhersagen über die zu erwartende Genauigkeit unter verschiedenen Abbildungsbedingungen. Schließlich wurde die Technik exemplarisch auf ein biologisches System angewendet. Dazu wurde der Schadenserkennungsapparat des bakteriellen DNS-Reparatursystems NER herangezogen. Bei gleichzeitig deutlicher Sichtbarkeit einzelner DNS-Moleküle und Proteine im Topographiebild konnte eine Überlagerungsgenauigkeit von 8.8 nm erreicht werden.

The field of earth observation (EO) has seen tremendous development over recent time owing to the increasing quality of the sensor technology and the increasing number of operational satellites launched by several space organizations and companies around the world. Traditionally, the satellite data is analyzed by only considering the spectral characteristics measured at a pixel. The spatial relations and context were often ignored. With the advent of very high resolution satellite sensors providing a spatial resolution of ≤ 5m, the shortfalls of traditional pixel-based image processing techniques became evident. The need to identify new methods then led to focusing on the so called object-based image analysis (OBIA) methodologies. Unlike the pixel-based methods, the object-based methods which are based on segmenting the image into homogeneous regions use the shape, texture and context associated with the patterns thus providing an improved basis for image analysis. The remote sensing data normally has to be processed in a different way to that of the other types of images. In the geographic sense OBIA is referred to as Geographic Object-Based Image Analysis (GEOBIA), where the GEO pseudo prefix emphasizes the geographic components. This thesis will provide an overview of the principles of GEOBIA, describe some fundamentally new contributions to OBIA in the geographical context and, finally, summarize the current status with ideas for future developments.

Numerische Simulationen auf der Basis der Kontinuumsmechanik und Plastomechanik erweisen sich zunehmend als geeignete Werkzeuge zur Optimierung von Umformprozessen. Ein Vergleich mit dem Formänderungsvermögen des Werkstoffes erbringt dabei Aussagen zu gefährdeten Materialbereichen. Mit einer kontinuumsmechanisch begründeten Herangehensweise wird der Einfluss des hydrostatischen Spannungsanteils auf das Formänderungsvermögen metallischer Werkstoffe untersucht. Zur Ermittlung von Parametern in Versagenskriterien wird eine experimentell-theoretische Vorgehensweise für Raumtemperatur und kleine Formänderungsgeschwindigkeiten vorgestellt, deren Übertragung auf höhere Temperaturen und Umformgeschwindigkeiten möglich ist. Der Werkstoff 20MoCrS4 wird bis zum Versagen umgeformt. Der experimentelle Zugang erfolgt über gekerbte Rundzugproben, wobei eine Potentialsonde und eine elektronische Bildverarbeitung als zusätzliche experimentelle Techniken einbezogen werden. Die Entwicklung der Spannungs- und Deformationszustände bis zum Versagenszeitpunkt werden mit Hilfe der FEM ermittelt und für die Parameteridentifikation in Versagenskriterien genutzt.

Am Institut für Print- und Medientechnik an der TU Chemnitz wird ein System entwickelt, welches gescannte Dokumente archivieren soll. Im Gegensatz zu bereits existierenden OCR-Systemen, sollen diese Dokumente hier jedoch nicht mittels einer Schrifterkennung verarbeitet werden. Vielmehr sind Textbereiche in den gescannten Vorlagen zu vektorisieren. Bereiche mit Grafiken und Illustrationen werden bei diesem Verfahren als ein Bildvektor gespeichert. Diese Vorgehensweise soll es ermöglichen, auch Dokumente mit Schriftsymbolen effizient zu archivieren, die keinen "herkömmlichen" Schriftsätzen zugehörig sind. Diese Studienarbeit stellt Merkmalsextraktionsverfahren vor, die aus einem gegebenen Teil (Segment) eines Dokumentenscans Merkmale extrahieren, die es ermöglichen sollen, diesen mittels eines Klassifikationsverfahrens einer Klasse Textblock oder einer Klasse Grafikblock zuzuordnen. Zusätzlich werden zwei Klassifikationsverfahren, ein Entscheidungsbaum und eine Fuzzy-Logik, auf die Nutzbarkeit für einen solchen Mustererkennungsprozess überprüft. Als Textblöcke erkannte Bereiche werden im zu entwickelnden Gesamtverfahren dann in nachfolgenden Verarbeitungsschritten einer Vektorisierung zugeführt.

In dieser Arbeit werden drei verschiedene Ansätze zur Indexierung beim inhaltsbasierten Image Retrieval evaluiert werden. Als Basis werden dafür Farben und Formen mit Hilfe von annularen Histogrammen extrahiert. Eine Ähnlichkeitsmetrik für diese Histogramme wird über das Produkt der Eulerschen Distanz und der Histogramm Distanz gebildet, der sogenannten Distanzmetrik. Unter Verwendung dieser Metrik werden folgende drei Verfahren der inhaltsbasierten N-Nearest- Neighbor Suche nach Bildern in dieser Arbeit vorgestellt: 1. Einfache, sequentielle Suche in den Histogrammen der Bilder 2. Verwendung des Evolving Tree, einer Art SOM, als Indexstruktur 3. Nutzung des Vantage Point Trees als Indexstruktur Abschließend sollen die drei beschriebenen Verfahren miteinander verglichen und ausgewertet werden. Im Hinblick auf das inhaltsbasierte Image Retrieval zeigen sich die Vorteile und Nachteile der Anwendung dieser Verfahren.

Zugl.: Zürich, Techn. Hochsch., Diss., 2009

Zugl.: München, Techn. Univ., Diss., 2009