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  5. A tensor model for the calibration of air-coupled ultrasonic sensor arrays in 3D imaging
 
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2024
Zweitveröffentlichung
Artikel
Verlagsversion

A tensor model for the calibration of air-coupled ultrasonic sensor arrays in 3D imaging

File(s)
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Hauptpublikation
1-s2.0-S0165168424004328-main.pdf
CC BY 4.0 International
Format: Adobe PDF
Size: 1.64 MB
TUDa URI
tuda/13668
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-298954
DOI
10.26083/tuprints-00029895
Autor:innen
Müller, Raphael ORCID 0000-0003-4614-9663
Allevato, Gianni ORCID 0000-0002-8852-6773
Rutsch, Matthias ORCID 0000-0001-6705-9793
Haugwitz, Christoph ORCID 0000-0001-6756-9988
Liu, Tianyi ORCID 0000-0001-8338-1651
Kupnik, Mario ORCID 0000-0003-2287-4481
Pesavento, Marius ORCID 0000-0003-3395-2588
Kurzbeschreibung (Abstract)

Arrays of ultrasonic sensors are capable of 3D imaging in air and an affordable supplement to other sensing modalities, such as radar, lidar, and camera, i.e.in heterogeneous sensing systems. However, manufacturing tolerances of air-coupled ultrasonic sensors may lead to amplitude and phase deviations. Together with artifacts from imperfect knowledge of the array geometry, there are numerous factors that can impair the imaging performance of an array. We propose a reference-based calibration method to overcome possible limitations. First, we introduce a novel tensor signal model to capture the characteristics of piezoelectric ultrasonic transducers (PUTs) and the underlying multidimensional nature of a multiple-input multiple-output (MIMO) sensor array. Second, we formulate and solve an optimization problem based on this model to obtain the calibrated parameters of the array. Third, we assess both our model and the commonly used analytic model using real data from a 3D imaging experiment. The experiment reveals that our array response model we learned with calibration data yields an imaging performance similar to that of the analytic array model, which requires perfect array geometry information.

Freie Schlagworte

Airborne ultrasound

Array response modeli...

Dictionary learning

Low-rank tensor appro...

MIMO imaging

Sparse representation...

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Mess- und Sensortechnik
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Nachrichtentechnik > Nachrichtentechnische Systeme
DDC
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 621.3 Elektrotechnik, Elektronik
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
Signal Processing
Jahrgang der Zeitschrift
230
ISSN
0165-1684
Verlag
Elsevier
Ort der Erstveröffentlichung
Amsterdam [u.a.]
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2024
Verlags-DOI
10.1016/j.sigpro.2024.109812
PPN
533027551
Artikel-ID
109812

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