In-situ Messung großer Hydrometeore mit Hilfe der In-line-Holographie

In-situ Messung großer Hydrometeore mit Hilfe derIn-line-Holographie Diese Dissertation beschreibt die Entwicklung und Erprobungeiner Apparatur zur holographischen In-situ-Messung großerHydrometeore (HODAR). Dazu wird eine dreidimensionaleMomentaufnahme eines etwa 500 dm³ großes Meßvolumen derfreien Atmosphäre mittels der In-line-Holographieaufgezeichnet. In dieser Aufnahme kann die Größe und Formeinzelner Hydrometeore, aber auch ihre Position imMeßvolumen ausgemessen werden. Daraus sind Größen- undAbstandsverteilungen der Hydrometeore zu bestimmen. MitHilfe von Doppelbelichtungen lassen sich zusätzlich auchihre Geschwindigkeiten ermitteln.Im Verlauf dieser Arbeit werden zunächst die Hydrometeorevorgestellt. Die theoretischen Möglichkeiten einer Apparaturzur In-situ-Messung werden aus den Eigenschaften desholographischen Bildes entwickelt. Anschließend wird derverwirklichte Aufbau des HODAR erläutert. Kalibrierung undTest, sowie Messungen, die die Fähigkeiten des HODAR unterBeweis stellen, werden beschrieben.

Digitale Einstrahl-Holographie atmosphärischer Eiskristalle

Es wurde ein für bodengebundene Feldmessungen geeignetes System zur digital-holographischen Abbildung luftgetragener Objekte entwickelt und konstruiert. Es ist, abhängig von der Tiefenposition, geeignet zur direkten Bestimmung der Größe luftgetragener Objekte oberhalb von ca. 20 µm, sowie ihrer Form bei Größen oberhalb von ca. 100µm bis in den Millimeterbereich. Die Entwicklung umfaßte zusätzlich einen Algorithmus zur automatisierten Verbesserung der Hologrammqualität und zur semiautomatischen Entfernungsbestimmung großer Objekte entwickelt. Eine Möglichkeit zur intrinsischen Effizienzsteigerung der Bestimmung der Tiefenposition durch die Berechnung winkelgemittelter Profile wurde vorgestellt. Es wurde weiterhin ein Verfahren entwickelt, das mithilfe eines iterativen Ansatzes für isolierte Objekte die Rückgewinnung der Phaseninformation und damit die Beseitigung des Zwillingsbildes erlaubt. Weiterhin wurden mithilfe von Simulationen die Auswirkungen verschiedener Beschränkungen der digitalen Holographie wie der endlichen Pixelgröße untersucht und diskutiert. Die geeignete Darstellung der dreidimensionalen Ortsinformation stellt in der digitalen Holographie ein besonderes Problem dar, da das dreidimensionale Lichtfeld nicht physikalisch rekonstruiert wird. Es wurde ein Verfahren entwickelt und implementiert, das durch Konstruktion einer stereoskopischen Repräsentation des numerisch rekonstruierten Meßvolumens eine quasi-dreidimensionale, vergrößerte Betrachtung erlaubt. Es wurden ausgewählte, während Feldversuchen auf dem Jungfraujoch aufgenommene digitale Hologramme rekonstruiert. Dabei ergab sich teilweise ein sehr hoher Anteil an irregulären Kristallformen, insbesondere infolge massiver Bereifung. Es wurden auch in Zeiträumen mit formal eisuntersättigten Bedingungen Objekte bis hinunter in den Bereich ≤20µm beobachtet. Weiterhin konnte in Anwendung der hier entwickelten Theorie des ”Phasenrandeffektes“ ein Objekt von nur ca. 40µm Größe als Eisplättchen identifiziert werden. Größter Nachteil digitaler Holographie gegenüber herkömmlichen photographisch abbildenden Verfahren ist die Notwendigkeit der aufwendigen numerischen Rekonstruktion. Es ergibt sich ein hoher rechnerischer Aufwand zum Erreichen eines einer Photographie vergleichbaren Ergebnisses. Andererseits weist die digitale Holographie Alleinstellungsmerkmale auf. Der Zugang zur dreidimensionalen Ortsinformation kann der lokalen Untersuchung der relativen Objektabstände dienen. Allerdings zeigte sich, dass die Gegebenheiten der digitalen Holographie die Beobachtung hinreichend großer Mengen von Objekten auf der Grundlage einzelner Hologramm gegenwärtig erschweren. Es wurde demonstriert, dass vollständige Objektgrenzen auch dann rekonstruiert werden konnten, wenn ein Objekt sich teilweise oder ganz außerhalb des geometrischen Meßvolumens befand. Weiterhin wurde die zunächst in Simulationen demonstrierte Sub-Bildelementrekonstruktion auf reale Hologramme angewandt. Dabei konnte gezeigt werden, dass z.T. quasi-punktförmige Objekte mit Sub-Pixelgenauigkeit lokalisiert, aber auch bei ausgedehnten Objekten zusätzliche Informationen gewonnen werden konnten. Schließlich wurden auf rekonstruierten Eiskristallen Interferenzmuster beobachtet und teilweise zeitlich verfolgt. Gegenwärtig erscheinen sowohl kristallinterne Reflexion als auch die Existenz einer (quasi-)flüssigen Schicht als Erklärung möglich, wobei teilweise in Richtung der letztgenannten Möglichkeit argumentiert werden konnte. Als Ergebnis der Arbeit steht jetzt ein System zur Verfügung, das ein neues Meßinstrument und umfangreiche Algorithmen umfaßt. S. M. F. Raupach, H.-J. Vössing, J. Curtius und S. Borrmann: Digital crossed-beam holography for in-situ imaging of atmospheric particles, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 8, 796-806 (2006) S. M. F. Raupach: A cascaded adaptive mask algorithm for twin image removal and its application to digital holograms of ice crystals, Appl. Opt. 48, 287-301 (2009) S. M. F. Raupach: Stereoscopic 3D visualization of particle fields reconstructed from digital inline holograms, (zur Veröffentlichung angenommen, Optik - Int. J. Light El. Optics, 2009)

In-situ measurement and characterization of cloud particles using digital in-line holography

Satellite measurement validations, climate models, atmospheric radiative transfer models and cloud models, all depend on accurate measurements of cloud particle size distributions, number densities, spatial distributions, and other parameters relevant to cloud microphysical processes. And many airborne instruments designed to measure size distributions and concentrations of cloud particles have large uncertainties in measuring number densities and size distributions of small ice crystals. HOLODEC (Holographic Detector for Clouds) is a new instrument that does not have many of these uncertainties and makes possible measurements that other probes have never made. The advantages of HOLODEC are inherent to the holographic method. In this dissertation, I describe HOLODEC, its in-situ measurements of cloud particles, and the results of its test flights. I present a hologram reconstruction algorithm that has a sample spacing that does not vary with reconstruction distance. This reconstruction algorithm accurately reconstructs the field to all distances inside a typical holographic measurement volume as proven by comparison with analytical solutions to the Huygens-Fresnel diffraction integral. It is fast to compute, and has diffraction limited resolution. Further, described herein is an algorithm that can find the position along the optical axis of small particles as well as large complex-shaped particles. I explain an implementation of these algorithms that is an efficient, robust, automated program that allows us to process holograms on a computer cluster in a reasonable time. I show size distributions and number densities of cloud particles, and show that they are within the uncertainty of independent measurements made with another measurement method. The feasibility of another cloud particle instrument that has advantages over new standard instruments is proven. These advantages include a unique ability to detect shattered particles using three-dimensional positions, and a sample volume size that does not vary with particle size or airspeed. It also is able to yield two-dimensional particle profiles using the same measurements.

Reflexiones sobre la aplicación de herramientas del pensamiento complejo en el abordaje de estudios de los procesos naturales del ambiente

La naturaleza, considerada como condicionante de la vida humana, adquiere, a través de las teorías actuales, nueva perspectiva, constituye una trama de vida que se autorregula, tiende al equilibrio dinámico, se produce a sí misma y genera un entorno apto para su vida y la del Planeta. El medio natural nos asombra con su comportamiento, evolución y tendencias. Por ello, se considera que el pensamiento complejo aporta herramientas múltiples para ser aplicadas en estudios geográficos. Así, la recursividad organizacional, el principio de la dialogicidad y el hologramático, abren posibilidades en la interpretación integral de los procesos naturales en cuanto a la diversidad de niveles de relación; a la idea del dinamismo de los ecosistemas; a la amplificación de las respuestas, de los procesos naturales, en el tiempo y en el espacio. Permitiendo vislumbrar un sistema territorial en continuo cambio, relacionados en red y vinculados con los sistemas culturales.

Hologramas de la muerte imprevista : Pregnancia urbana de las Animitas en Chile

El objetivo del presente trabajo es realizar un análisis integral de la relación que existe entre religiosidad popular y espacio urbano en la práctica de las animitas chilenas. Para ello proponemos un esquema polivalente de análisis, sostenido en el concepto de "holograma de la muerte imprevista". Este esquema propone tres clasificaciones complementarias: la animita como sujeto holográfico, como objeto holográfico y como lugar holográfico. Finalmente, estas tres clasificaciones, complementando extractos de entrevistas y análisis topológicos, muestran la cuasi totalidad de los factores socio-espaciales que esta práctica presenta, lo que da cuenta de la importancia urbana que este tipo de práctica popular posee

Hologramas de la muerte imprevista : Pregnancia urbana de las Animitas en Chile

El objetivo del presente trabajo es realizar un análisis integral de la relación que existe entre religiosidad popular y espacio urbano en la práctica de las animitas chilenas. Para ello proponemos un esquema polivalente de análisis, sostenido en el concepto de "holograma de la muerte imprevista". Este esquema propone tres clasificaciones complementarias: la animita como sujeto holográfico, como objeto holográfico y como lugar holográfico. Finalmente, estas tres clasificaciones, complementando extractos de entrevistas y análisis topológicos, muestran la cuasi totalidad de los factores socio-espaciales que esta práctica presenta, lo que da cuenta de la importancia urbana que este tipo de práctica popular posee

Hologramas de la muerte imprevista : Pregnancia urbana de las Animitas en Chile

El objetivo del presente trabajo es realizar un análisis integral de la relación que existe entre religiosidad popular y espacio urbano en la práctica de las animitas chilenas. Para ello proponemos un esquema polivalente de análisis, sostenido en el concepto de "holograma de la muerte imprevista". Este esquema propone tres clasificaciones complementarias: la animita como sujeto holográfico, como objeto holográfico y como lugar holográfico. Finalmente, estas tres clasificaciones, complementando extractos de entrevistas y análisis topológicos, muestran la cuasi totalidad de los factores socio-espaciales que esta práctica presenta, lo que da cuenta de la importancia urbana que este tipo de práctica popular posee

Point diffraction interferometer with a liquid crystal monopixel

In this work a novel point diffraction interferometer based on a variable liquid crystal wave plate (LCWP) has been implemented. The LCWP consists of a 3x3 cm2 monopixel cell with parallel alignment. The monopixel cell was manufactured such that the electrode covers the entire surface except in a centered circular area of 50 μm of diameter. This circle acts as a point perturbation which diffracts the incident wave front giving rise to a spherical reference wave. By applying a voltage to the LCWP we can change the phase of the wave front that passes through the monopixel, except at the center. Phase shifting techniques are used in order to calculate the amplitude and phase distribution of the object wave front. The system allows a digital hologram to be obtained, and by using the Fresnel diffraction integral it is possible to digitally reconstruct the different planes that constitute the three dimensional object.

Música em projetos socioassistenciais governamentais: práticas e concepções culturais no Serviço de Convivência e Fortalecimento de Vínculos em Natal/RN

This present research focus at the teaching of music in social programs, it discuss about the teaching concepts that permeates the educational-musical practice presents in Serviço de Convivência e Fortalecimento de Vínculos (SCFV), of Complexo Dom Bosco, in Natal-RN. The Objective is to reflect upon the music teaching concepts and the relations between musical knowledge and culture. For this, it was problematized the concepts of music teaching and learning in governmental social projects through theoretical and empirical research. After this step, it was studied the cultural aspects involving the routine in the institutions the influenced the music learning at Serviço de Convivência e Fortalecimento de Vínculos, furthermore, and how these aspects are present in the constitution of the paradigms that involve music teaching. For this, it was used a qualitative approach and a case study as type of research. As data capture tool it was used the ethnographic write, photography, interviews as a Facilitator of music with the students of the program, and video recordings of musical learning situations. Theoretical support it was used authors who study the complexity, culture and music teaching in social projects. Finally, the conclusion is that musical learning, in the SCFV context, is involved of cultural conceptions steeped to the Oratório Dom Bosco space and the same time the Brazilian Social Assistance Policy. Sometimes these concepts are contradictory: discipline, leadership and combat social exclusion refer to dialogical cultural hologram of the institutions involved in the music education process.

Applicazioni di Mixed Reality e Microsoft Hololens: studio e riprogettazione del concetto di ologramma e della relativa gestione all'interno di un'applicazione olografica.

La tesi presenta una panoramica sull'augmented, virtual e mixed reality, descrivendone le caratteristiche e le modalità di sviluppo. Come caso di studio viene analizzato il dispositivo Microsoft Hololens, descrivendone le caratteristiche concettuali, hardware e software. Per le applicazioni di questo dispositivo viene effettuata una riprogettazione della gestione e del concetto di ologramma all'interno di un'applicazione olografica, analizzandone i motivi e i vantaggi. E' fornita una overview sui dettagli implementativi della riprogettazione al fine di chiarire ogni aspetto dell'applicazione.

Design and development of a Unity based framework for augmented worlds

The way we've always envisioned computer programs is slowly changing. Thanks to the recent development of wearable technologies we're experiencing the birth of new applications that are no more limited to a fixed screen, but are instead sparse in our surroundings by means of fully fledged computational objects. In this paper we discuss proper techniques and technologies to be used for the creation of "Augmented Worlds", through the design and development of a novel framework that can help us understand how to build these new programs.

Investigations of Cloud Microphysical Response to Mixing Using Digital Holography

Cloud edge mixing plays an important role in the life cycle and development of clouds. Entrainment of subsaturated air affects the cloud at the microscale, altering the number density and size distribution of its droplets. The resulting effect is determined by two timescales: the time required for the mixing event to complete, and the time required for the droplets to adjust to their new environment. If mixing is rapid, evaporation of droplets is uniform and said to be homogeneous in nature. In contrast, slow mixing (compared to the adjustment timescale) results in the droplets adjusting to the transient state of the mixture, producing an inhomogeneous result. Studying this process in real clouds involves the use of airborne optical instruments capable of measuring clouds at the `single particle' level. Single particle resolution allows for direct measurement of the droplet size distribution. This is in contrast to other `bulk' methods (i.e. hot-wire probes, lidar, radar) which measure a higher order moment of the distribution and require assumptions about the distribution shape to compute a size distribution. The sampling strategy of current optical instruments requires them to integrate over a path tens to hundreds of meters to form a single size distribution. This is much larger than typical mixing scales (which can extend down to the order of centimeters), resulting in difficulties resolving mixing signatures. The Holodec is an optical particle instrument that uses digital holography to record discrete, local volumes of droplets. This method allows for statistically significant size distributions to be calculated for centimeter scale volumes, allowing for full resolution at the scales important to the mixing process. The hologram also records the three dimensional position of all particles within the volume, allowing for the spatial structure of the cloud volume to be studied. Both of these features represent a new and unique view into the mixing problem. In this dissertation, holographic data recorded during two different field projects is analyzed to study the mixing structure of cumulus clouds. Using Holodec data, it is shown that mixing at cloud top can produce regions of clear but humid air that can subside down along the edge of the cloud as a narrow shell, or advect down shear as a `humid halo'. This air is then entrained into the cloud at lower levels, producing mixing that appears to be very inhomogeneous. This inhomogeneous-like mixing is shown to be well correlated with regions containing elevated concentrations of large droplets. This is used to argue in favor of the hypothesis that dilution can lead to enhanced droplet growth rates. I also make observations on the microscale spatial structure of observed cloud volumes recorded by the Holodec.