Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

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  • Publication
    Comparing thin and volume regimes of analog holograms for wavefront sensing
    ( 2024-07-29)
    Branigan, Emma
    ;
    Zepp, Andreas
    ;
    Martin, S.
    ;
    Sheehan, M.
    ;
    Gladysz, Szymon
    ;
    Murphy, K.
    Two analog holographic wavefront sensors, for measurement of defocus, have been fabricated as both thin and volume phase transmission holograms in a self-developing photopolymer. This represents the first reported direct comparison of hologram regimes when designed for wavefront sensing. An analysis of the effect of crosstalk in the presence of one other aberration mode (astigmatism X (0/90°), coma X (horizontal), and primary spherical aberration) was carried out with each version of the sensor. The performance of thin and volume analog holographic wavefront sensors was characterized under emulated conditions associated with moderate atmospheric turbulence.
  • Publication
    Optisch nichtlineare Materialien für Anwendungen im Bereich Laserschutz - eine detaillierte Analyse der optischen Leistungsbegrenzung
    (KIT, 2024-06-14)
    Dengler, Stefanie
    Durch eine immer weitere Verbreitung von Lasern in nimmt auch die Notwendigkeit, den Menschen und sensitive Geräte und Optiken vor Laserstrahlung effizient zu schützen, ständig zu. Ein mögliches Schutzkonzept kann durch die Verwendung optisch nichtlinearer Materialien realisiert werden. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene optisch nichtlineare Materialien aus den Materialgruppen kohlenstoffbasierter Nanomaterialien, organometallischer Moleküle und metallischer Nanopartikel untersucht.
  • Publication
    Using Passive Multi-Modal Sensor Data for Thermal Simulation of Urban Surfaces
    ( 2024-06-10)
    Bulatov, Dimitri
    ;
    Frommholz, Dirk
    ;
    Kottler, Benedikt
    ;
    Qui, Kevin
    ;
    Strauß, Eva
    This paper showcases an integrated workflow hinged on passive airborne multi-modal sensor data for the simulation of the thermal behavior of built-up areas with a focus on urban heat islands. The geometry of the underlying parametrized model, or digital twin, is derived from high-resolution nadir and oblique RGB, near-infrared and thermal infrared imagery. The captured bitmaps get photogrammetrically processed into comprehensive surface models, terrain, dense 3D point clouds and true-ortho mosaics. Building geometries are reconstructed from the projected point sets with procedures presupposing outlining, analysis of roof and façade details, triangulation, and texturing mapping. For thermal simulation, the composition of the ground is determined using supervised machine learning based on a modified multi-modal DeepLab v3+ architecture. Vegetation is retrieved as individual trees and larger tree regions to be added to the meshed terrain. Building materials are assigned from the available visual, infrared and surface planarity information as well as publicly available references. With actual weather data, surface temperatures can be calculated for any period of time by evaluating conductive, convective, radiative and emissive energy fluxes for triangular layers congruent to the faces of the modeled scene. Results on a sample dataset of the Moabit district in Berlin, Germany, showed the ability of the simulator to output surface temperatures of relatively large datasets efficiently. Compared to the thermal infrared images, several insufficiencies in terms of data and model caused occasional deviations between measured and simulated temperatures. For some of these shortcomings, improvement suggestions within future work are presented.
  • Publication
    Comparative analysis of C²ₙ estimation methods for sonic anemometer data
    ( 2024-06-01)
    Beason, M.
    ;
    Potvin, G.
    ;
    Sprung, Detlev
    ;
    McCrae, J.
    ;
    Gladysz, Szymon
    Wind speed and sonic temperature measured with ultrasonic anemometers are often utilized to estimate the refractive index structure parameter C²ₙ, a vital parameter for optical propagation. In this work, we compare four methods to estimate C²ₙ from CT2 , using the same temporal sonic temperature data streams for two separated sonic anemometers on a homogenous path. Values of C²ₙ obtained with these four methods using field trial data are compared to those from a commercial scintillometer and from the differential image motion method using a grid of light sources positioned at the end of a common path. In addition to the comparison between the methods, we also consider appropriate error bars for C²ₙ based on sonic temperature considering only the errors from having a finite number of turbulent samples. The Bayesian and power spectral methods were found to give adequate estimates for strong turbulence levels but consistently overestimated the C²ₙ for weak turbulence. The nearest neighbors and structure function methods performed well under all turbulence strengths tested.
  • Patent
    Vorrichtung zur Oberflächendesinfektion, insbesondere von medizinischen Geräten oder Instrumenten
    ( 2024-05-16)
    Westerhoff, Thomas
    ;
    Mally, Thorsten
    ;
    Kipp, Frank
    ;
    Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
    ;
    Universitätsklinikum Jena
    Eine Vorrichtung zur Oberflächendesinfektion von Objekten, insbesondere von medizinischen Geräten oder Instrumenten, weist eine Desinfektionskammer mit zylindrischem Innenraum auf. In einem oberen Bereich des Innenraums ist eine Aufhänge- oder Halteeinrichtung angeordnet, an der ein zu desinfizierendes Objekt aufgehängt werden kann. An einer den Innenraum seitlich begrenzenden Innenwand sind wenigstens zwei Gruppen von Strahlungsquellen in unterschiedlichen Höhen angeordnet, die desinfizierende UV-Strahlung emittieren. Die wenigstens zwei Gruppen von Strahlungsquellen sind getrennt voneinander zur Erzeugung von Strahlung unterschiedlicher Intensität ansteuerbar. Die Innenwand der Desinfektionskammer weist eine Beschichtung auf, welche die UV-Strahlung im Wellenlängenbereich der verwendeten Strahlungsquellen diffus reflektiert. Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht eine schnelle und zuverlässige automatische Desinfektion medizinischer Geräte.
  • Publication
    Optimization of the slope efficiency of a core-pumped thulium-doped fiber laser by the thermally diffused expanded-core technique
    ( 2024-05-15)
    Panitzek, Dieter
    ;
    Romano, Clément
    ;
    Eichhorn, Marc
    ;
    Kieleck, Christelle
    We report on the mode field adaption of an active thulium-doped fiber by using the thermally-diffused expanded-core technique. The fiber core diffusion is analyzed by splice transmission measurements and visually from side view images. The obtained heating parameters are used to build a thulium-doped fiber laser emitting at 2036nm that is core-pumped by an erbium:ytterbium fiber laser. By allowing the fiber cores to diffuse, the mode fields of the active and passive fibers are adapted for both the signal and pump wavelength. The adaptation of the mode fields increases the slope efficiency from 66.1% to 75.0%. The obtained slope efficiency is close to the stoke efficiency of 77.0%. By comparing the results with a fiber laser simulation, the slope efficiency of 75.0% is verified to be the maximum slope efficiency taking the active fiber length into account.
  • Patent
    Überwachung dreiphasiger periodischer elektrischer Signale unter Verwendung eines künstlichen neuronalen Netzes
    ( 2024-04-25)
    Kummerow, Andre
    ;
    Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
    Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Überwachen, in einem Stromversorgungsnetz, eines dreiphasigen periodischen elektrischen Signals unter Verwendung eines künstlichen neuronalen Netzes, insbesondere zum Klassifizieren des dreiphasigen periodischen elektrischen Signals und/oder zum Erkennen einer Anomalie des dreiphasigen periodischen elektrischen Signals unter Verwendung des künstlichen neuronalen Netzes, mit einem Abtasten des dreiphasigen periodischen elektrischen Signals mit einer vorgegebenen Abtastrate; mit einem Verarbeiten eines aus dem Abtasten des dreiphasigen elektrischen Signals resultierenden Abtastsignals in einer Encoder-Struktur (3) eines künstlichen neuronalen Netzes, KNN, wobei die Encoder-Struktur (3) eine Clark-Park-Schicht, CPS, welche entsprechend einer Clark-Park-Transformation periodische Anteile in nicht-periodische Anteile transformiert, enthält und das KNN die CPS bei dem Verarbeiten nutzt; und mit einem Überwachen des dreiphasigen periodischen elektrischen Signals anhand eines Ergebnisses des Verarbeitens mit Ausgeben eines Überwachungssignals, um die bestehenden Ansätze zum Überwachen elektrischer Strom- und Spannungssignale zu verbessern.
  • Patent
    Wiener-Filter-basierte Signalwiederherstellung mit gelernter Signal-zu-Rausch-Verhältnis-Abschätzung
    ( 2024-04-25)
    Meyer, Johannes
    ;
    Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
    Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Wiener-Filter-basierten Signalwiederherstellung, mit den Verfahrensschritten: Empfangen eines Signals (g); Abschätzen eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses für einen Wiener-Filter-basierten Wiederherstellungsalgorithmus (v) durch einen mittels eines maschinellen Lernverfahrens gewonnenen Verarbeitungsalgorithmus (ϕ), in Abhängigkeit einer für das empfangene Signal berechneten spektralen Leistungsdichte; und Erzeugen eines wiederhergestellten Signals (ŝ) aus dem empfangenen Signal (g) und dem für den Wiener-Filter-basierten Wiederherstellungsalgorithmus (v) abgeschätzten Signal-zu-Rausch-Verhältnis mittels des Wiener-Filter-basierten Wiederherstellungsalgorithmus' (v) um die filterbasierte Signalwiederherstellung, insbesondere das Ergebnis einer Wiener-Filter-basierten-Signalwiederherstellung zu verbessern.
  • Publication
    Simulation of the reflection of a high energy laser beam at the sea surface for hazard and risk analyses
    ( 2024-04-10)
    Schwenger, Frederic
    ;
    Azarian, Adrian
    ;
    Henrichsen, Michael
    The application of a high energy laser beam in a maritime scenario necessitates a laser safety concept to prevent injury to personnel or uninvolved third parties from uncontrolled reflections of laser light from the sea surface. Therefore, it is crucial to have knowledge of the amount and direction of reflected laser energy, which varies statistically and depends largely on the dynamics of the wavy sea surface. These dynamics are primarily influenced by wind speed, wind direction, and fetch. An analytical model is presented for calculating the time-averaged spatial intensity distribution of the laser beam reflected at the dynamic sea surface. The model also identifies the hazard areas inside which laser intensities exceed a fixed exposure limit. Furthermore, as far as we know, our model is unique in its ability to calculate the probabilities of potentially eye-damaging glints for arbitrary observer positions, taking into account the slope statistics of gravity waves. This is a critical first step toward an extensive risk analysis. The simulation results are presented on a hemisphere of observer positions with fixed radii from the laser spot center. The advantage of the analytical model over our numeric (dynamic) model is its fast computation time. A comparison of the results of our new analytical model with those of the previous numerical model is presented.
  • Patent
    Network node for a non-detectable laser communication system
    ( 2024-02-07)
    Kieleck, Christelle
    ;
    Eichhorn, Marc
    ;
    Rudow, Oliver
    ;
    Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
    ;
    Hensoldt Sensors GmbH
    A network node (120) for a non-detectable laser communication system (100), wherein the laser communication system (100) is configured to send to the network node (120) at least one laser beam (10), comprises a reflector device (123), configured to generate, by a reflection of the laser beam (10), a reflected laser beam (20), and a modulator device (125), configured to provide a modulation of the reflected laser beam (20).