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Digital Image Correlation (DIC) is a powerful tool used to evaluate displacements and deformations in a non-intrusive manner. By comparing two images, one of the undeformed reference state of a specimen and another of the deformed target state, the relative displacement between those two states is determined. DIC is well known and often used for post-processing analysis of in-plane displacements and deformation of specimen. Increasing the analysis speed to enable real-time DIC analysis will be beneficial and extend the field of use of this technique.
Here we tested several combinations of the most common DIC methods in combination with different parallelization approaches in MATLAB and evaluated their performance to determine whether real-time analysis is possible with these methods. To reflect improvements in computing technology different hardware settings were also analysed. We found that implementation problems can reduce the efficiency of a theoretically superior algorithm such that it becomes practically slower than a suboptimal algorithm. The Newton-Raphson algorithm in combination with a modified Particle Swarm algorithm in parallel image computation was found to be most effective. This is contrary to theory, suggesting that the inverse-compositional Gauss-Newton algorithm is superior. As expected, the Brute Force Search algorithm is the least effective method. We also found that the correct choice of parallelization tasks is crucial to achieve improvements in computing speed. A poorly chosen parallelisation approach with high parallel overhead leads to inferior performance. Finally, irrespective of the computing mode the correct choice of combinations of integerpixel and sub-pixel search algorithms is decisive for an efficient analysis. Using currently available hardware realtime analysis at high framerates remains an aspiration.
Zusammenfassung: In der Orthopädie zählt der therapeutische Ultraschall als Mittel zur Prävention und Therapiebegleitung. Er hat mechanische, thermische und physiko-chemische Auswirkungen auf den menschlichen Körper. Um mehr Erkenntnisse über die thermischen Auswirkungen zu erlangen, wurden Versuche an einem Hydrogel-Phantom und an Probanden durchgeführt. Dabei entstand eine signifikante Erwärmung des Gewebes, welche beim Probandenversuch an der Oberfläche und beim Hydrogelversuch in der Tiefe gemessen wurde.
Summary: In orthopaedics, therapeutic ultrasound is a tool of prevention and therapy support. It has mechanical, thermal and physico-chemical effects on the human body. Tests with a hydrogel phantom and with human probands have been performed in order to obtain more knowledge about their thermal effects. Both tests measured temperature increases in cell tissue, on the surface with the human proband test and in depth with the hydrogel phantom test.
Der Temperaturanstieg der vergangenen Jahrzehnte war in Gebirgsregionen besonders ausgeprägt. Sollte sich dieser Temperaturtrend im 21. Jahrhundert fortsetzen, dann dürf-ten sich auch die Häufigkeit und Intensität von Niederschlä-gen und Trockenperioden verändern, was die Waldwirtschaft vor grosse Herausforderungen stellen wird. Trockenheit ist ein entscheidender Faktor für die Waldökosysteme der inner-alpinen Täler, wo seit Jahren trockenheitsbedingtes Baum-sterben festgestellt wird. Der vorliegende Beitrag hat zum Ziel, die Sensitivität der verschiedenen Waldökosysteme ge-genüber Klimawandel und alternative, teilweise extreme Bewirtschaftungsvarianten in der Region Visp zu testen. Me-thodische Ansätze wie Monitoring, Feldexperimente und dy-namische Modellierung wurden kombiniert, und es wurden verschiedene Ökosystemleistungen berücksichtigt, so Holz-produktion, Schutz vor Naturgefahren, Kohlenstoffspeiche-rung und Aspekte der Biodiversität. Die Resultate deuten da-rauf hin, dass auf den Trockenstandorten der Tieflagen die einheimischen Baumarten an ihre physiologischen Grenzen stossen und längerfristig über alternative Baumarten nach-gedacht werden sollte. In den mittleren Lagen dürften Tro-ckenheit und Schadinsekten wie die Borkenkäfer die zukünf-tige Waldentwicklung steuern. In den Hochlagen hingegen werden sich die Wälder ausdehnen und besser wachsen als heute. Alle untersuchten Ökosystemleistungen werden ge-bietsweise starken Veränderungen unterworfen sein. Die dis-kutierten Bewirtschaftungsvarianten scheinen dazu geeignet, die Wasserverfügbarkeit der Bestände, hauptsächlich in tief-eren Lagen, zu erhöhen und dadurch die Widerstandskraft der Bäume gegenüber Trockenperioden vorübergehend zu stärken. Es ist aber davon ausgehen, dass nur verhältnismäs-sig starke Eingriffe wesentliche Effekte erzielen können. Die Verknüpfung von Umweltmonitoring, Feldexperimenten und Modellierung unter Miteinbezug von Ökosystemleistungen ist vielversprechend, da sie eine differenzierte Abschätzung des zukünftigen Landschaftswandels und seiner Effekte auf die Waldleistungen ermöglicht.