Diploma Thesis DIP-2996

BibliographySchächterle, Uwe: Modellierung und Simulation bildgebender Systeme für partikelbeladene Strömungen.
University of Stuttgart, Faculty of Computer Science, Electrical Engineering, and Information Technology, Diploma Thesis No. 2996 (2010).
74 pages, german.
CR-SchemaD.2.1 (Software Engineering Requirements/Specifications)
I.3.3 (Picture/Image Generation)
I.6.4 (Model Validation and Analysis)
Abstract

In dieser Diplomarbeit ist das Ziel, einen möglichst realistischen Nachbau bereits vorhandener Versuchsaufbauten für partikelbeladene Strömungen in Software zu entwickeln. Anhand der Ausgaben dieser Software sollen die Auswertealgorithmen von Bild basierenden Messmethoden für Strömungsanalysen validiert und deren Fehler bestimmt werden können. Bei der Realisierung der Software spielen besonders die physikalischen Parameter des verwendeten Kamerasystems, sowie der Partikel und ihrer Trägerströmungen eine Rolle.

Für die korrekte Simulation eines Kamerasystems gilt es, seine für die Bildgebung relevanten Eigenschaften entsprechend umzusetzen. Dazu müssen die dafür in Frage kommenden Parameter erarbeitet und spezifiziert werden. Anschließend muss eine geeignete Implementierung diese korrekt nachahmen. Ein Kamerasystem besteht aus den Komponenten Linsen, Shutter und Bildsensor. Durch die Linsen entstehen die Effekte Vignettierung, Verzeichnung, Geisterflecken und Schärfentiefe. Der Shutter legt die Belichtungszeit einer Aufnahme fest und hat damit Einfluss auf die Bewegungsunschärfe. Durch den Bildsensor entstehen die Effekte Alias-Effekt und Begrenzte Auflösung. Zu all diesen Effekten fügt sich noch der Effekt Rauschen hinzu. Das Rauschen kann sowohl auf dem Bildsensor, als auch von außen durch die Linsen entstehen. Ein Maß für die Qualität eines Kamerasystems stellt die Modulationsübertragungsfunktion (MTF) dar. Die MTF gibt die Abschwächung des Kontrastes der in der Aufgenommenen Szene vorkommenden Ortsfrequenzen (auch als Linienpaare pro Millimeter bezeichnet) an. Diese Abschwächung kommt durch die Effekte Vignettierung, Schärfentiefe, Alias-Effekt und Begrenzte Auflösung zu Stande. Durch die normierte Darstellung der MTF lassen sich verschiedene Kamerasysteme schnell und einfach vergleichen.

Die Umsetzung der partikelbeladenen Strömungen wird mittels eines zu entwerfenden Partikelsystems realisiert. Hierfür müssen die speziellen Ansprüche der Aufgabenstellung für das Partikelsystem erarbeitet und umgesetzt werden. Das Partikelsystem soll hierbei möglichst flexibel gehalten werden. Durch diese Maßnahme soll ein Einsatz in anderen Gebieten ebenfalls ermöglicht werden.

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Department(s)University of Stuttgart, Institute of Parallel and Distributed Systems, Parallel Systems
Superviser(s)Rockstroh, Lars
Entry dateMay 31, 2010
   Publ. Computer Science