Les émotions des êtres humains changent régulièrement et parfois de manière brusque entrainant un changement de l’état mental c’est-à-dire de l’aptitude cérébrale à fonctionner normalement. Il en résulte une capacité cognitive (ou état cognitif) de l’individu à pouvoir raisonner, accéder à la mémoire, ou effectuer des déductions, variable selon l’état mental. Ceci affecte, en conséquence, les performances des utilisateurs qui varient en fonction de leurs état cognitifs. Cette thèse vise à optimiser l’état cognitif d’un utilisateur lors de ses interactions avec un environnement virtuel. Comme cet état dépend des émotions, l’optimisation de l’état cognitif peut être réalisée à travers l’optimisation des émotions et en particulier la réduction des émotions négatives. Une première partie concerne les moyens de mesurer en temps réel (par un Module de mesures) l’état émotionnel et mental d’un utilisateur lors de ses interactions avec un environnement virtuel. Nous avons réalisé pour cela quatre études expérimentales avec quatre environnements différents. Nous avons montré que ces mesures peuvent être réalisées en utilisant différents capteurs physiologiques. Nous avons aussi montré qu’il est possible de prédire la tendance de l’excitation (un état mental) à partir d’un traceur de regard. Dans une deuxième partie, nous présentons l’Agent Neural qui modifie les environnements virtuels afin de provoquer une modification de l’état émotionnel d’un utilisateur pour améliorer son état cognitif. Nous avons réalisé quatre études expérimentales avec quatre environnements virtuels, où l’Agent Neural intervient dans ces environnements afin de changer l’état émotionnel de l’utilisateur. Nous avons montré que l’agent est capable d’intervenir dans plusieurs types d’environnements et de modifier les émotions de l’utilisateur. Dans une troisième partie, présentons l’Agent Limbique, qui personnalise et améliore les adaptations faites par l’Agent Neural à travers l’observation et l’apprentissage des impacts des changements des environnements virtuels et des réactions émotionnelles des utilisateurs. Nous avons montré que cet agent est capable d’analyser les interventions de l’Agent Neural et de les modifier. Nous avons montré aussi que l’Agent Limbique est capable de générer une nouvelle règle d’intervention et de prédire son impact sur l’utilisateur. La combinaison du Module de mesures, de l’Agent Neural, et de l’Agent Limbique, nous a permis de créer un système de contrôle cognitif intelligent que nous avons appelé Système Limbique Digital. / The human’s emotions change regularly and sometimes suddenly leading to changes in their mental state which is the brain’s ability to function normally. This mental state’s changes affect the users’ cognitive ability (or cognitive state) to reason, access memory, or make inferences, which varies depending on the mental state. Consequently, this affects the users’ performances which varies according to their cognitive states. This thesis aims to optimize the users’ cognitive state during their interactions with a virtual environment. Since this state depends on emotions, optimization of cognitive state can be achieved through the optimization of emotions and in particular the reduction of negative emotions. In a first part, we present the means of measuring in real time (using a Measuring module) the users’ emotional and mental state during their interactions with a virtual environment. We performed four experimental studies with four different environments. We have shown that these measurements can be performed using different physiological sensors. We have also shown that it is possible to predict the tendency of excitement (a mental state) using an eye tracker. In a second part, we present the Neural Agent which modifies virtual environments to provoke a modification on the users’ emotional state in order to improve their cognitive state. We performed four experimental studies with four virtual environments, in which the Neural Agent intervenes in these environments to change the users’ emotional state. We have shown that the agent is able to intervene in several types of environments and able to modify the users’ emotions. In a third part, we present the Limbic Agent, which personalizes and improves the adaptations performed by the Neural Agent through the observation and the learning from the virtual environments changes’ impacts and the users’ emotional reactions. We have shown that this agent is able to analyze the Neural Agent’s interventions and able to modify them. We have also shown that the Limbic Agent is able to generate a new intervention rule and predict its impact on the user. The combination of the Measuring Module, the Neural Agent, and the Limbic Agent, allowed us to create an intelligent cognitive control system that we called the Digital Limbic System.

Methods were developed for the design of a solar powered UAV capable of tracking the sun to achieve maximum solar energy capture. A single-axis solar tracking system was designed and constructed. This system autonomously rotated an onboard solar panel to find the angle of maximum solar irradiance while the UAV was airborne. A microcontroller was programmed and implemented to control the solar tracking system. A solar panel and an efficient airframe capable of housing the solar tracking system was designed and constructed. Each of these subsystems was tested individually with either ground or flight tests. Ultimately, the final assembled system was tested. These tests were used to determine where and when a UAV with an onboard solar tracker would be advantageous over a conventional solar powered UAV with PV cells statically fixed to its wings. The final UAV had a wingspan of 3.2 meters, a length of 2.6 meters, and weighed 4.1 kilograms. Its solar panel provided a maximum power output of 37.7 watts. The predicted system performance, airframe drag, and system power requirements were validated with a battery powered flight test. The UAV's analytical model predicted the drag to be 41% lower than the actual drag found from flight testing. Full system functionality was verified with a solar powered flight test. The results and analysis of the system tests are presented in this thesis. The net energy increase from the solar tracking UAV over a conventional solar powered UAV for the duration of a day is dependent on season and geographical location. The solar tracking UAV that was developed was found to have a maximum net energy gain of 34.5% over a conventional solar powered version of the UAV. The minimum net energy gain of the solar tracking UAV was found to be 0.8%.

This thesis project investigates, analyzes, designs, simulates, constructs and tests a dual-axis solar tracker system to track the sun and concentrates the heat of the sunlight, using a Fresnel lens, into a small area, which is above of an evaporator, to increase the temperature of the seawater to convert it into freshwater. The dual-axis solar tracker was designed with the main objectives that the structure was portable, dismountable, lightweight, low cost, corrosion resistant, wires inside pipes, accurate, small size, follow the sun automatically, off-grid (electrical), use green energy (solar powered), and has an empty area right below of the lens. First, a 500 mm diameter flat Fresnel lens was selected and simulated based on an algorithmic method achieved by a previous PhD student at UNT using MATLAB®, to give the optimization lens dimensions. The lens profile was drawn with AutoCAD®, then output profile lens was simulated in COMSOL Multiphysics®. The objective was to provide the high efficiency, optimum and high precision of the focal rays and heat to the receiver of the evaporator. A novel dual-axis solar tracker system was then designed that is portable, dismountable, lightweight and corrosion resistant. The solar tracker tracks the sun in two axis of rotation automatically during the day time, maximizing the angles of inclination on each axis. After testing computer simulations, the dual-axis solar tracker system was constructed and tested. Last, a detailed cost analysis was performed of the entire project. The outcome of this work can be applied for desalination seawater purposes or other any Fresnel lens application that require a focal high temperature directed by dual-axis solar tracker system.

No description available.

Tesis por compendio / [ES] Esta tesis se centra en el desarrollo de nuevas técnicas automatizadas que permiten inspeccionar nematodos Caenorhabidits elegans (C. elegans) en placas de Petri estándar, para el análisis de sus comportamientos. C. elegans es un nemátodo de 1mm de longitud, con el cual se pueden realizar distintos experimentos para analizar los efectos de fármacos, compuestos o alteraciones genéticas en su longevidad, su salud física o su cognición. El campo principal metodológico del presente trabajo para el análisis de esos efectos es la visión por computador; y con ello, el desarrollo completo del sistema de visión activo: sistema de iluminación inteligente, sistema de captura óptimo, procesamiento de las imágenes para detección y clasificación de nematodos. Los campos secundarios en esta investigación son el control y robotización. Los C. elegans son animales sensibles a la luz y por ello el primero de los métodos está en la rama de la iluminación inteligente, con el cual se permite regular la intensidad y las longitudes de onda de la luz que reciben los nematodos. El siguiente método es el procesado para la detección y clasificación de movimiento a partir de las imágenes obtenidas con esa iluminación controlada. Tener el ambiente controlado es fundamental, los nematodos son muy sensibles a las condiciones ambientales por lo que puede alterarse su actividad biológica, y con ello los resultados, así que el tercer método es la integración de las técnicas en un nuevo dispositivo que permite automatizar ensayos de lifespan y validar los resultados automáticos comparándolos con los manuales. El movimiento del animal es clave para poder realizar inferencias estadísticas que puedan mostrar tendencias en sus comportamientos, por ello la estimulación automatizada que provoque una reacción de su movilidad es el cuarto de los métodos. Por último, el aumento de la resolución en las imágenes muestra mayor detalle, mejorando el procesamiento y extracción de características. El quinto método es un robot multivista que posibilita tomar imágenes a distintas resoluciones, lo que permite mantener el seguimiento global de los gusanos, al mismo tiempo que se toman imágenes con un encuadre de mayor detalle del nematodo objetivo. / [CA] Esta tesi doctoral se centra en el desentrollament de noves tècniques automatitzades que permeten inspeccionar nemàtodes Caenorhabidits elegans (C. elegans) en plaques de Petri estàndar, per a l'anàlisi dels seus comportaments. C. elegans és un nemàtode d'1mm de llargària, ab el qual se poden realitzar distints experiments per a analitzar els efectes de fàrmacs, composts o alteracions genètiques en sa longevitat, la seua salut física o la seua cognició. El camp principal metodològic del present treball per a l'anàlisi d'eixos efectes és la visió per computador; i ab açò, el desentrollament complet del sistema de visió actiu: sistema d'il.luminació inteligent, sistema de captura òptim, processament de les imàtgens per a detecció i classificació de nematode. Els camps secundaris en esta investigació són el control i robotització. Els C. elegans són animals sensibles a la llum i por ello el primer dels mètodes està en la branca de la il.luminació intel.ligent, ab el qual es permet regular la intensitat i les longituds d'ona de la llum que reben els nematodes. El següent mètode és el processat per a la detecció i classificació de moviment a partir de les imàtgens obtinguda ab eixa il.luminació controlada. Tindre l'ambient controlat és fonamental, els nemàtodes són molt sensibles a les condicions ambientals per lo que pot alterar-se la seua activitat biològica, i ab aço els resultats, aixina que el tercer mètode és la integració de les tècniques en un nou dispositiu que permet automatitzar ensajos de lifespan i validar els resultats automàtics comparant-los ab els manuals. El moviment de l'animal és clau per a poder realitzar inferencies estadístiques que puguen mostrar tendències en el seus comportaments, per això la estimulació automatitzada que provoque una reacció de la seua mobilitat és el quart dels mètodes. Per últim, l'augment de la resolució en les imàtgens mostra major detall, millorant el processament i extracció de característiques. El quint mètode és un robot multivista que possibilita prendre imàtgens a distintes resolucions, lo que permet mantindre el seguiment global dels cucs, al mateix temps que se prenguen imàtgens ab un enquadrament de major detall del nematode objectiu. / [EN] This thesis focuses on the development of new automated techniques that allow the inspection of Caenorhabidits elegans nematodes (C. elegans) in Petri dishes, for the analysis of their behavior. This nematode is a 1mm long worm, with which different experiments can be carried out to analyze the effects of drugs, compounds or genetic alterations on its longevity, physical health or cognition. The main methodological field of the present work for the analysis of these effects is computer vision; and with it, the complete development of the active vision system: intelligent lighting system, optimal capture system, image processing for detection and classification of nematodes. The secondary fields in this research are control and robotization. C. elegans are light-sensitive animals and therefore the first method is in the field of intelligent lighting, with which it is possible to regulate the intensity and wavelength of the light that nematodes receive. The next method is the processing for the detection and classification of movement from the images obtained with that controlled lighting. Having a controlled environment is essential, worms are very sensitive to environmental conditions so it can alter biological activity, and with it the results, so the third method is the integration of techniques in a new device that allows automating tests of lifespan and validate the automatic results comparing them with the manual ones. The movement of the animal is key to be able to carry out statistical conferences that can show trends in its behaviors, therefore the automated stimulation that causes a reaction of its mobility is the fourth of the methods. Finally, increasing the resolution in the images shows greater detail, improving the processing and extraction of features. The fifth method is a multiview robot that enables images to be taken at different resolutions, allowing global tracking of worms to be maintained, while at the same time taking images with a more detailed frame of the target worm. / Puchalt Rodríguez, JC. (2022). Development and Evaluation of New Methods for Automating Experiments with C. Elegans Based on Active Vision [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181359 / Compendio

[ES] La neurociencia es un campo que abarca muchas especialidades. El objetivo de esta tesis es subsanar algunas carencias tecnológicas que existen en los métodos actuales de experimentación animal en neurociencia. En esta tesis, se presentan seis proyectos, que tendrán como objetivo mejorar el "Principio de las tres R", el cual fue enunciado por los biólogos ingleses W. M. S. Russell y R. L. Burch, durante la experimentación animal. El comportamiento es uno de los aspectos más importantes de la vida animal. Depende de los vínculos entre los animales, sus sistemas nerviosos y sus entornos. Para estudiar el comportamiento de los animales de laboratorio, se necesitan varias herramientas, pero una herramienta de seguimiento es esencial para llevar a cabo un estudio de comportamiento exhaustivo. Varias herramientas de seguimiento visual están actualmente disponibles. Sin embargo, todas tienen algunos inconvenientes. Por ejemplo, en una situación en la que un animal está dentro de una madriguera o cerca de otros animales, las cámaras de rastreo (tracking) no siempre pueden detectar la ubicación precisa o el movimiento del animal. Por esta razón, los entornos enriquecidos para intentar recrear el hábitat natural de los animales en experimentación no pueden utilizarse, ya que los datos recopilados son insuficientes/inexactos. Con la finalidad de mejorar los experimentos de tracking RFID Assisted Tracking Tile (RATT) es presentado en esta tesis. RATT es un sistema de seguimiento basado en tecnología de identificación pasiva de radiofrecuencia (RFID) y está compuesto por baldosas electrónicas con las que se puede construir una gran superficie, sobre la cual los animales pueden moverse libremente. Esto permite la identificación más precisa de los animales, así como el seguimiento de sus movimientos. Este sistema, que también se puede combinar con un sistema de seguimiento con cámaras, allana el camino para estudios completos de comportamiento en entornos enriquecidos. Dada la capacidad de rastrear animales y, por lo tanto, realizar experimentos de comportamiento exhaustivos, es posible observar cómo se comportan los sujetos desde un punto de vista externo. Sin embargo, si queremos comprender lo que sucede en el cerebro de estos sujetos, es necesario aplicar otras técnicas de análisis, por ejemplo, el estudio de señales dependientes del nivel de oxígeno en la sangre (BOLD, por sus siglas en inglés). Las señales BOLD se basan en las respuestas vasculares a la activación neuronal y se utilizan ampliamente en estudios de investigación clínicos y preclínicos. En entornos preclínicos, los animales suelen ser anestesiados. Sin embargo, los anestésicos causan cambios en la fisiología de los animales, p. Ej. hipotermia, y esto tiene el potencial de alterar las señales funcionales de MRI (fMRI). Para evitar la hipotermia en roedores anestesiados, se presenta TherMouseDuino. Este es un sistema de control automático de temperatura de código abierto, que reduce las fluctuaciones de la temperatura, lo que proporciona condiciones sólidas para realizar experimentos de resonancia magnética funcional. En los cursos de biología y neurociencia, la anatomía del cerebro se enseña generalmente utilizando imágenes de resonancia magnética (IRM) o secciones histológicas de diferentes planos. Estos muestran las áreas macroscópicas más importantes en el cerebro de un animal. Sin embargo, este método no es dinámico ni intuitivo. En esta tesis se presenta un cerebro de rata impreso en 3D con fines educativos. La manipulación manual de la estructura, facilitada por la ampliación de sus dimensiones, junto con la capacidad de desmontar el "cerebro" en algunas de sus partes principales, facilita la comprensión de la organización 3D del sistema nervioso. Este es un método alternativo y mejorado para enseñar a los estudiantes en general y a los biólogos, en particular, la anatomía del cerebro de rata. / [CA] La neurociència és un camp que abasta moltes especialitats. L'objectiu d'aquesta tesi és esmenar algunes manques tecnològiques que existeixen en els mètodes actuals d'experimentació animal en neurociència. En aquesta tesi, es presenten sis projectes, que tindran com a objectiu millorar el "Principi de les tres R", el qual va ser enunciat pels biòlegs anglesos W. M. S. Russell i R. L. Burch, durant l'experimentació animal. El comportament és un dels aspectes m'és importants de la vida animal. Depèn dels vincles entre els animals, els seus sistemes nerviosos i els seus entorns. Per estudiar el comportament dels animals de laboratori, es necessiten diverses eines, però` una eina de seguiment és essencial per a dur a terme un estudi de comportament exhaustiu. Diverses eines de seguiment visual estan actualment disponibles. No obstant això, totes tenen alguns inconvenients. Per exemple, en una situació en la qual un animal esta` dins d'un cau o prop d'altres animals, les cambres de rastreig (tracking) no sempre poden detectar la ubicació precisa o el moviment de l'animal. Per aquesta raó, els entorns enriquits per a intentar recrear l'hàbitat natural dels animals en experimentació no poden utilitzar-se, ja que les dades recopilades són insuficients/inexactes. Amb la finalitat de millorar els experiments de tracking/seguiment RFID Assisted Tracking Tile (RATT) és presentat en aquesta tesi. RATT es un sistema de seguiment basat en tecnologia d'identificació passiva de radiofreqüència (RFID) i esta` compost per rajoles electròniques amb les quals es pot construir una gran superfície, sobre la qual els animals poden moures lliurement. Això permet la identificació més precisa dels animals, així com el seguiment dels seus moviments. Aquest sistema, que també es pot combinar amb un sistema de seguiment amb cambres, aplana el camí per a estudis complets de comportament en entorns enriquits. Donada la capacitat de rastrejar animals i, per tant, realitzar experiments de comportament exhaustius, és possible observar com es comporten els subjectes des d'un punt de vista extern. No obstant això, si volem comprendre el que succeeix en el cervell d'aquests subjectes, és necessari aplicar altres tècniques d'anàlisis, per exemple, l'estudi de senyals dependents del nivell d'oxigen en la sang (BOLD, per les seues sigles en anglès). Els senyals BOLD es basen en les respostes vasculars a l'activació neuronal i s'utilitzen àmpliament en estudis d'investigació clínics i preclínics. En entorns preclínics, els animals solen ser anestesiats. No obstant això, els anestèsics causen canvis en la fisiologia de els animals, per exemple hipotèrmia, i això te el potencial d'alterar els senyals funcionals de MRI (fMRI). Per a evitar la hipotèrmia en rosegadors anestesiats, es presenta TherMouseDuino. Aquest és un sistema de control automàtic de temperatura de codi obert, que redueix les fluctuacions de la temperatura, la qual cosa proporciona condicions solides per a realitzar experiments de ressonància magnètica funcional. En els cursos de biologia i neurociència, l'anatomia del cervell s'ensenya generalment utilitzant imatges de ressonància magnètica (IRM) o seccions histològiques de diferents plans. Aquests mostren les àrees macroscòpiques més importants en el cervell de un animal. No obstant això, aquest mètode no és dinàmic ni intuïtiu. En aquesta tesi es presenta un cervell de rata imprès en 3D amb finalitats educatius. La manipulació manual de l'estructura, facilitada per l'ampliació de les seues dimensions, juntament amb la capacitat de desmuntar el "cervell" en algunes de les seues parts principals, facilita la comprensió de l'organització 3D del sistema nerviós. Aquest és un mètode alternatiu i millorat per a ensenyar a els estudiants en general i als biòlegs, en particular, l'anatomia del cervell de rata. / [EN] Neuroscience is a field that covers many specialties. The objective of this thesis is to correct some technological deficiencies that exist in current methods of animal experimentation in neuroscience. In this thesis, six projects are presented, which will aim to improve the "Principle of the three Rs" in animal experimentation enunciated by the English biologists W. M. S. Russell and R. L. Burch. In the present era of impressive progress in neuroscience, it is still not arguable that a complete understanding of the brain cannot be possible without a comparable understanding of animal behavior. In order to study the behavior of laboratory animals, various tools are needed, being a reliable tracking system one of the most important to follow large populations of individual subjects that interact in complex manners. Several visual tracking tools are currently available. However, they all have some drawbacks. For example, in a situation where an animal is inside a cave, or is in close proximity to other animals, tracking cameras cannot always detect the precise location or movement of the animal. For this reason, environments that have been enriched in order to attempt to recreate the natural habitat of the animals under experiment, cannot be used, as the data gathered is insufficient/inaccurate. In order to improve the current tracking systems , the RATT is presented. RATT is a tracking system based on passive RFID technology and it is composed of electronic tiles. Using several tiles, a large surface area, on which the animals can move freely, can be built. This enables the more accurate identification of the animals, as well as the tracking of their movements. This system, which can also be combined with a visual tracking system, paves the way for complete behavioral studies in enriched environments. Given the ability to track animals and thus conduct thorough behavioral experiments, it is possible to observe how the subjects behave from an external viewpoint. However, if we want to understand what is going on in the brains of these subjects, it is necessary to apply other analysis techniques, for example the study of BOLD signals. BOLD signals are based on vascular responses to neuronal activation and are used extensively in clinical and preclinical research studies. In preclinical settings, animals are usually anesthetized. However, anesthetics cause changes in the physiology of the animals, e.g. hypothermia, and this has the potential to disrupt fMRI signals. In order to avoid hypothermia in anesthetized rodents, TherMouseDuino is presented. This is an Open-Source automatic temperature control system, which reduces temperature fluctuations, thus providing robust conditions in which to perform fMRI experiments. In biology and neuroscience courses, brain anatomy is generally taught using MRI or histological sections of different planes. These show the most important macroscopic areas in an animals' brain. However, this method is neither dynamic nor intuitive. An anatomical 3D printed rat brain with educative purposes is presented in this thesis. Hand manipulation of the structure, facilitated by the scaling up of its dimensions, together with the ability to dismantle the "brain" into some of main its constituent parts, facilitates the understanding of the 3D organization of the nervous system. This is an alternative and improved method for teaching students in general and biologists, in particular, the rat brain anatomy. / This work was supported in part by the Spanish Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) and FEDER funds under grants BFU2015-64380-C2-2-R (D.M.) and BFU2015-64380-C2-1-R, by EU Horizon 2020 Program 668863-SyBil-AA grant (S.C.). S.C. acknowledges financial support from the Spanish State Research Agency, through the “Severo Ochoa” Programme for Centres of Excellence in R&D (ref. SEV-2013-0317) and by a grant “Ayudas para la formación de personal investigador (FPI)” from the Vicerrectorado de Investigación, Innovación y Transferencia of the Universitat Politècnica de València. / Quiñones Colomer, DR. (2019). Developing preclinical devices for neuroscience research in the fields of animal tracking, fMRI acquisition, and 3D histology cutting [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/118795

Self-calibrating eye tracker using image saliency. / Självkalibrerande ögonspårare med hjälp av image saliency.

Traditional cameras are most commonly used in visual SLAM to provide visual information about the scene and positional information about the camera motion. However, in the presence of varying illumination and rapid camera movement, the visual quality captured by traditional cameras diminishes. This limits the applicability of visual SLAM in challenging environments such as search and rescue situations. The emerging event camera has been shown to overcome the limitations of the traditional camera with the event camera's superior temporal resolution and wider dynamic range, opening up new areas of applications and research for event-based SLAM. In this thesis, several asynchronous feature detectors and trackers will be used to initialize SLAM using event camera data. To assess the pose estimation accuracy between the different feature detectors and trackers, the initialization performance was evaluated from datasets captured from various environments. Furthermore, two different methods to align corner-events were evaluated on the datasets to assess the difference. Results show that besides some slight variation in the number of accepted initializations, the alignment methods show no overall difference in any metric. Overall highest performance among the event-based trackers for initialization is HASTE with mostly high pose accuracy and a high number of accepted initializations. However, the performance degrades in featureless scenes. CET on the other hand shows mostly lower performance compared to HASTE.

Die Stixel-Welt ist eine neuartige und vielseitig einsetzbare Zwischenrepräsentation zur effizienten Beschreibung dreidimensionaler Szenen. Heutige stereobasierte Sehsysteme ermöglichen die Bestimmung einer Tiefenmessung für nahezu jeden Bildpunkt in Echtzeit. Das erlaubt zum einen die Anwendung neuer leistungsfähiger Algorithmen, doch gleichzeitig steigt die zu verarbeitende Datenmenge und der dadurch notwendig werdende Aufwand massiv an. Gerade im Hinblick auf die limitierte Rechenleistung jener Systeme, wie sie in der videobasierten Fahrerassistenz zum Einsatz kommen, ist dies eine große Herausforderung. Um dieses Problem zu lösen, bietet die Stixel-Welt eine generische Abstraktion der Rohdaten des Sensors. Jeder Stixel repräsentiert individuell einen Teil eines Objektes im Raum und segmentiert so die Umgebung in Freiraum und Objekte. Die Arbeit stellt die notwendigen Verfahren vor, um die Stixel-Welt mittels dynamischer Programmierung in einem einzigen globalen Optimierungsschritt in Echtzeit zu extrahieren. Dieser Prozess wird durch eine Vielzahl unterschiedlicher Annahmen über unsere von Menschenhand geschaffene Umgebung gestützt. Darauf aufbauend wird ein Kalmanfilter-basiertes Verfahren zur präzisen Bewegungsschätzung anderer Objekte vorgestellt. Die Arbeit stellt umfangreiche Bewertungen der zu erwartenden Leistungsfähigkeit aller vorgestellten Verfahren an. Dafür kommen sowohl vergleichende Ansätze als auch diverse Referenzsensoren, wie beispielsweise LIDAR, RADAR oder hochpräzise Inertialmesssysteme, zur Anwendung. Die Stixel-Welt ist eine extrem kompakte Abstraktion der dreidimensionalen Umgebung und bietet gleichzeitig einfachsten Zugriff auf alle essentiellen Informationen der Szene. Infolge dieser Arbeit war es möglich, die Effizienz vieler auf der Stixel-Welt aufbauender Algorithmen deutlich zu verbessern. / The Stixel World is a novel and versatile medium-level representation to efficiently bridge the gap between pixel-based processing and high-level vision. Modern stereo matching schemes allow to obtain a depth measurement for almost every pixel of an image in real-time, thus allowing the application of new and powerful algorithms. However, it also results in a large amount of measurement data that has to be processed and evaluated. With respect to vision-based driver assistance, these algorithms are executed on highly integrated low-power processing units that leave no room for algorithms with an intense calculation effort. At the same time, the growing number of independently executed vision tasks asks for new concepts to manage the resulting system complexity. These challenges are tackled by introducing a pre-processing step to extract all required information in advance. Each Stixel approximates a part of an object along with its distance and height. The Stixel World is computed in a single unified optimization scheme. Strong use is made of physically motivated a priori knowledge about our man-made three-dimensional environment. Relying on dynamic programming guarantees to extract the globally optimal segmentation for the entire scenario. Kalman filtering techniques are used to precisely estimate the motion state of all tracked objects. Particular emphasis is put on a thorough performance evaluation. Different comparative strategies are followed which include LIDAR, RADAR, and IMU reference sensors, manually created ground truth data, and real-world tests. Altogether, the Stixel World is ideally suited to serve as the basic building block for today''s increasingly complex vision systems. It is an extremely compact abstraction of the actual world giving access to the most essential information about the current scenario. Thanks to this thesis, the efficiency of subsequently executed vision algorithms and applications has improved significantly.

The LHC (Large Hadron Collider) will have a long shut down in the years of 2019 and 2020, referred to as LS2. During this stop the LHC injector complex will be upgraded to increase the luminosities, which will be the first step of the high luminosity LHC program (which will be realized during LS3 that takes place in 2024-2026). The LHCb experiment, whose main purpose is to study the CP-violation, will during this long stop be upgraded in order to withstand a higher radiation dose, and to be able to read out the detector at a rate of 40MHz,compared to 1MHz at present. This change will improve the trigger efficiency significantly. One of the LHCb sub-detectors the Trigger Tracker (TT), will be replaced by a new sub-detector called UT. This report presents the early stage design (preparation for mock-up building) of the box that will be isolating the new UT detector from the surroundings and to ensure optimal detector operation. Methods to fulfill requirements such as light and gas tightness, Faraday-cage behavior and condensation free temperatures, without breaking the fragile beryllium beam pipe, are established. / LHC (Large Hadron Collider) kommer under åren 2019-2020 att ha ett längre driftstopp. Under detta driftstopp så kommer LHC's injektionsanordningar att uppgraderas för att kunna sätta fler protoner i circulation i LHC, och därmed öka antalet partikelkollisioner per tidsenhet. Denna uppgradering kommer att vara första steget i "High Luminocity LHC"-programmet som kommer att realiseras år 2024-2026. LHCb-experimentet, vars främsta syfte är att studera CP-brott, kommer också att uppgraderas under stoppet 2019-2020. Framför allt så ska avläsningsfrekvensen ökas från dagens 1MHz till 40MHz, och experimentet ska förberedas för de högre strålningsdoser som kommer att bli aktuella efter stoppet 2024-2026. En av LHCb's deldetektorer, TT detektorn, kommer att bytas ut mot en ny deldetektor som kallas UT. Den här rapporten presenterar den förberedande designen av den låda som ska isolera UT från dess omgivning och försäkra optimala förhållanden för detektorn. Kraven på den isolerande lådan och tillvägagångssätt för att uppfylla dessa krav presenteras. / LHCb, LS2 and LS3 Upgrade