„Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung“

Proseminar „Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung“

Übersicht Formale Randbedingungen Vorstellung der Themen Verteilung der Themen Hinweise zur Ausarbeitung Hinweise zum Vortrag Jannik Steinbring

Formale Anforderungen • Schriftliche Ausarbeitung • 5 Seiten, zweispaltig • LaTeX (Vorlage auf der Homepage) • PDF und LaTeX-Sourcen an Betreuer • Vortrag • 15 Minuten • PowerPoint oder LaTeX (Vorlage auf der Homepage) • Blockveranstaltungen • Anwesenheitspflicht bei allen Veranstaltungen Jannik Steinbring

Ablauf des Seminars • Themenauswahl • Themen an Betreuer gebunden • Recherche • Empfohlene Literatur • Eigenständige Recherche • Ausarbeitung • Vortrag Jannik Steinbring

Meilensteine • Themenauswahl (heute) • Ausarbeitung • Vorstellung des Themas und Gliederung (Di., 29. April) • Erste ausformulierte Fassung (Di., 20.Mai) • Endgültige Fassung (Di., 03. Juni) • Vortrag • Vortragsfolien erste Version (Di., 17. Juni) • Vortrag Anfang Juli Jannik Steinbring

Benotung 50% der Note für die Ausarbeitung 50% der Note für die Präsentation Anrechenbarkeit: 3 LP Deadlines sind hart Plagiate führen zu sofortigem Ausschluss Jannik Steinbring

Repräsentation linearer dynamischer Systeme Themenbeschreibung Lineare dynamische Systeme bilden die Grundlage vieler Verfahren aus verschiedensten Forschungsgebieten von A wie Automation bis Z wie Zeitreihenanalyse. Durch verschiedene Anwendungen sind auch unterschiedliche Darstellungen dieser Systemklasse entstanden, bspw. die Pol-Nullstellen-Repräsentation oder die Zustandsraumdarstellung. Aufgabenstellung • Einarbeiten in die lineare Systemtheorie • Recherche verschiedener Repräsentationen • Ausarbeiten von Umrechnung und Zweckmäßigkeit • Dokumentation im Sinne einer Ausarbeitung und Präsentation der Ergebnisse Betreuer: Christof Chlebek, Christof.Chlebek@kit.edu Output Input Input Output Jannik Steinbring

Zeitkontinuierliche Optimale Regelung Themenbeschreibung Optimale Regelung ist ein optimierungsbasiertes Regelungsverfahren, bei dem die Performance des geregelten Systems mittels einer Kostenfunktion bewertet wird. Der Reglerentwurf erfolgt dann so, dass diese Kostenfunktion ein globales Minimum annimmt. Für zeitkontinuierliche Systeme stellt das auf der Hamilton-Funktion basierende Verfahren eine wichtige Methode zur Lösung dieser Aufgabe dar. Aufgabenstellung • Einarbeitung in die optimale Regelung • Erarbeitung des Verfahrens zur Lösung des optimalen Regelungsproblems • Darstellung von Vor- und Nachteilen dieses Ansatzes Betreuer: Maxim Dolgov, Maxim.Dolgov@kit.edu Jannik Steinbring

DualeQuaternionen in der Kinematik Beschreibung Zur gemeinsamen Darstellung von Translationen und Rotationen erfreuen sich duale Quaternionen zunehmender Beliebtheit, insbesondere in Robotik- und Virtual Reality Anwendungen. Im Rahmen dieses Proseminars soll diese Darstellung erarbeitet und mit üblichen Darstellungen verglichen werden. Aufgabenstellung • Einarbeiten in Quaternionen und duale Zahlen. • Erarbeiten klassischer Darstellungen von Rotation und Translation. • Herausarbeiten, wie duale Quaternionen zur Darstellung von Rotation und Translation genutzt werden können. • Vergleich mit üblichen Darstellungen. Betreuer: Igor Gilitschenski, Gilitschenski@kit.edu Jannik Steinbring

Richtungsstatistik Themenbeschreibung Konventionelle statistische Verfahren lassen sich für reelle Größen einsetzen, sind aber ungeeignet, um periodische Größen oder Richtungen zu verarbeiten. Zu diesem Zweck existiert ein spezielles Teilgebiet der Statistik, die sogenannte Richtungsstatistik (directionalstatistics), welche in dieser Arbeit betrachtet werden soll. Richtungsstatistik hat beispielsweise Anwendungen in der Geologie, Medizin und in der Bioinformatik. Aufgabenstellung • Einarbeitung in die Richtungsstatistik anhand von„Topics in CircularStatistics“ (Jammalamadaka, SenGupta, 2001) • Überblick über die grundlegenden Ideen der Richtungsstatistik • Vorstellen der relevanten Wahrscheinlichkeitsverteilungen Betreuer: Herr Gerhard Kurz, Gerhard.Kurz@kit.edu Jannik Steinbring

Ensemble Kalman Filter Themenbeschreibung Das Ensemble Kalman Filter (EnKF) wurde Ende der neunziger Jahre als Alternative zum Kalman Filter entwickelt um die aufwendige Berechnung von großen Kovarianzmatrizen zu vermeiden. Seitdem wurde es in zahlreichen theoretischen Arbeiten verbessert und unter anderem in der Meteorologie praktisch angewendet. Aufgabenstellung • Verständnis der Kalman Filter Theorie • Herausarbeiten der dem EnKF zugrundeliegenden Idee • Untersuchung der Anwendung des EnKF am Canadian Meteorological Centre Betreuer: Marc Reinhardt, marc.reinhardt@kit.edu Jannik Steinbring

Gütemaßefür Multi-Object-Tracking Themenbeschreibung Verfolgt (trackt) man mehrere Objekte gleichzeitig, so arbeitet man oft mit mehreren Punktschätzungen. Doch wie bewertet man nun das Schätzergebnis? Bei einem einzelnen Objekt nimmt man oft eine Art „Abstand“ zum wahren Wert. Gegenstand der Arbeit sind Abstandsmaße bei Vorliegen mehrere Objekte. Aufgabenstellung • Einarbeiten in Abstandsmaße für ein Objekt • Darauf aufbauend in zwei Abstandsmaße für mehrere Objekte • Vor- und Nachteile beider Verfahren gegenüberstellen Betreuer: Florian Pfaff, Florian.Pfaff@kit.edu Schätzung Schätzung Schätzung Jannik Steinbring

Parameterschätzungmittels ML und MAP Themenbeschreibung Das Schätzen von unbekannten Parametern kommt in vielen Bereichen zum Einsatz wie z.B. in der Spracherkennung, in den Ingenieurswissenschaften oder der Statistik. Im Rahmen dieses Proseminars soll die Maximum Likelihood (ML) und Maximum a-posteriori (MAP) Schätzung erarbeitet und vorgestellt werden. Aufgabenstellung • Einarbeiten in die Thematik der Parameterschätzung • Vorstellung der ML und MAP Schätzer • Gegenüberstellung der beiden Verfahren Betreuer: Jannik Steinbring, Jannik.Steinbring@kit.edu Jannik Steinbring

Anwendbarkeit von Conceptual Clustering im Bereich der semantischen Wissensmodellierung Themenbeschreibung Am Lehrstuhl IES werden Ansätze entwickelt, um die semantischen Modellierung einer relevanten Umgebung für kognitive Systeme zu ermöglichen. Dabei spielen Konzepte eine wichtige Rolle. Diese repräsentieren Klassen von relevanten Objekten und sind in Hierarchien angeordnet. Ein Ziel der aktuellen Forschung ist die adaptive Erweiterung bzw. Anpassung solcher Hierarchien. Conceptual Clustering stellt einen für diesen Bereich relevanten Ansatz des maschinellen Lernens dar und soll hier näher betrachtet werden. Aufgabenstellung • Literaturrecherche zum Thema Conceptual Clustering.Ein Schwerpunkt soll dabei im Bereich COBWEWB [2] liegen • Aufarbeitung und Zusammenfassung der relevanten Literatur Betreuer: Dipl.-Inform. Achim Kuwertz, Achim.Kuwertz@kit.edu Quelle [1] Referenzen: [1] Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Conceptual_clustering (http://en.wikipedia.org/wiki/File:Concept_tree.png) [2] Fisher, Douglas H. (1987). “Knowledge acquisition via incremental conceptual clustering". Machine Learning 2 (2): 139–172 Jannik Steinbring

Einfache, gitterbasierte, homomorpheKryptoverfahren Themenbeschreibung Homomorphe Kryptoverfahren können dazu genutzt werden, auf sensiblen, verschlüsselten Daten ohne Kenntnis des Schlüssels zu rechnen. Auf diese Weise kann die Datenverarbeitung an Dritte ausgelagert werden, da das Ergebnis ebenfalls nur verschlüsselt vorliegt und damit ausschließlich dem berechtigen Eigentümer zugänglich sind. Aufgabenstellung • Einarbeitung in die Grundlagen von gitterbasierten Problemen • Vergleich von gitterbasierten Kryptoverfahren Betreuer: Herr Matthias Nagel, matthias.nagel@kit.edu Jannik Steinbring

Anwendungen der Sichtprüfungaußerhalbdes sichtbarenSpektrums Themenbeschreibung: EinigeAnwendungenzurSichtprüfungoffenbarensicherst in Spektralbereichen, die für den Menschennichtsichtbarsind. VieleMaterialienverfügenhierübervollkommenandereoptischeEigenschaften. IndieserArbeitsollendieseUnterschiede und derenNutzen in der Sichtprüfungherausgearbeitetwerden. Aufgabenstellung: • Selbstständige Literaturrecherche zum Thema • Veranschaulichung durch Beispiele • Aufzeigen der Unterschiede zu Anwendungen im sichtbaren Spektrum Betreuer: Dipl.-Inform. Sebastian Höfer sebastian.hoefer@ies.uni-karlsruhe.de Jannik Steinbring

Bayesian calibration of computer models using Gaussian Process Description In engineering disciplines, technical processes are described by using mathematical models, which are typically implemented in computer code. However, the simulation results from the computer models and the actual physical measurements are often distinguish. “Gaussian Process”, which is widely-used for machine leaning, has been proposed as a potential method to calibrate the computer model. Assignment • Describe the basic principle of “Gaussian process” and how it can be used to calibrate the computer models. Advisor: Chettapong janya-anurak, chettapong.janya-anurak@iosb.fraunhofer.de Jannik Steinbring

Estimation of Distribution Algorithms (EDA) Themenbeschreibung Beim Design von z.B. Experimenten oder Steuerungsalgorithmen werden Optimierungsalgorithmen für die Bestimmung von optimalen Parametern benötigt. EDA sind stochastische Optimierungsmethoden, die hierfür geeignet sind. Sie berechnen iterativ ein probabilistisches Modell, mit dem das Optimum geschätzt wird. Aufgabenstellung • Einordnung von EDA in den Stand der Technik für Optimierungsverfahren • Kategorisierung der EDA-Verfahren • Erarbeitung von ein bis zwei konkreten EDA-Algorithmen Betreuer: Herr Masoud Roschani, masoud.roschani@kit.edu Jannik Steinbring

Single-Frame Face Super-Resolution Description Face super-resolution is used when the image resolution no longer suffices for standard face recognition methods. Due to complex facial motions (e.g., facial expressions), general motion models for registration-based multi-frame super-resolution usually fail. Therefore, learning-based single-frame face super-resolution has become an emerging methodology over the last decade. LR Interpolation Assignments • Understand the basic principles of the single-frame face super-resolution methods • Describe & compare state-of-the-art approaches Advisor: Mr. Chengchao Qu, qu@kit.edu SR HR C.-Y. Yang, S. Liu, M.-H. Yang, Structured Face Hallucination, CVPR'13 Jannik Steinbring

SLAM in der Messtechnik Themenbeschreibung SLAM (SimultaneousLocalizationand Mapping) wurde für die Robotik entwickelt, um sich in unbekannten Terrain zurecht zu finden. Eine vergleichbare Problematik existiert in der Messtechnik: Die Unsicherheit einer Messung setzt sich zusammen aus der Unsicherheit eines mechanischen Positionierungssystems und des Sensors selbst. Aufgabenstellung • Erarbeitung des Stand der Technikfür SLAM Verfahren • Erarbeitung des Stand der Technikfür SLAM Anwendungen in der Messtechnik Betreuer: Dipl.-Ing. MiroTaphanel, miro.taphanel@kit.edu Jannik Steinbring

Rückgewinnung von Bildinformationen Themenbeschreibung Kamerarauschen und Kompressionsartefakte können die Qualität von Bildern und Videos beeinträchtigen und die Weiterverarbeitung stören. Je nach Anwendung sind verschiedene Algorithmen mit unterschiedlichen Eigenschaften zur Rückgewinnung der Bildinformation anwendbar. Aufgabenstellung • Einarbeitung in die Grundlagen der Bildgewinnung und -kompression • Wissenschaftliche Literaturrecherche nach geeigneten Verfahren zum Beheben von Rauschen und Artefakten für verschiedene Anwendungen Betreuer: Herr Michael Teutsch, teutsch@kit.edu Jannik Steinbring

Photometrisches Stereo Themenbeschreibung Werden Oberflächen aus verschiedenen Richtungen beleuchtet, erscheinen diese, je nach Oberflächenausrichtung, Winkel der einfallenden Lichtstrahlen und Beobachtungswinkel der Kamera unterschiedlich hell. Diese Tatsache kann zur 3D-Rekonstruktion der Oberfläche genutzt werden. Aufgabenstellung • Einarbeitung in die Grundlagen des photometrischen Stereo • Ausführliche Literaturrecherche zum Thema: • Lichtquellen • Oberflächenmodellen • Rekonstruktionsmethoden Betreuer: Herr Thomas Stephan, thomas.stephan@iosb.fraunhofer.de Jannik Steinbring

Form der Ausarbeitung • Ausarbeitung ist wissenschaftliche Arbeit • Keine Umgangssprache • Keine erste Person • Verwendete Literatur referenzieren (Literaturverzeichnis) • Zitate kennzeichnen und referenzieren (mit Seitenangabe) • Konsistenz • Einheitliche Verwendung von Symbolen • Einheitliche Verwendung von Fachtermini • Abkürzungen erklären (nur gebräuchliche verwenden) Jannik Steinbring

Grafiken in Ausarbeitung • Wenn möglich, Vektorgrafiken verwenden • Falls doch Pixelgrafiken, diese sinnvoll skalieren • Auf Qualität der eingebundenen Bilder achten • Beschriftung in Sprache der Ausarbeitung • Graphen vollständig beschriften (Achsen!) • Auch Grafiken müssen korrekt referenziert werden • Auf jede Tabelle, Grafik, etc. im Text Bezug nehmen • Unterschriften von Tabellen, Grafiken, etc. in ganzen Sätzen (Punkte!) Jannik Steinbring

Inhalt eines Vortrages • Vor dem Vortrag zu beachten: • Wer hört zu? • Welches Wissen kann vorausgesetzt werden? • Was ist das Ziel des Vortrages? • Welche Informationen sollen „hängenbleiben“? • Wissenschaftlicher Vortrag = keine Umgangssprache Jannik Steinbring

Vortragslänge Zeitbeschränkung beachten! (15 Min.) Aber: Vortrag sollte auch nicht zu kurz sein Viele Informationen Wenig Zeit  Konzentration auf das Wesentliche Jannik Steinbring

Vortragsgliederung • Beginn • Beginnen mit Titel und Gliederungsübersicht (ca. 2 Folien) • Einleitung und Motivation (1-2 Folien) • Hauptteil • Schluss • Zusammenfassung und Ausblick (ca. 2 Folien) • Mit einem Dank für die Aufmerksamkeit schließen Jannik Steinbring

Gestaltung von Folien (I) Vorlage verwenden Klare, einheitliche Gestaltung (Konsistenz) Wenige Punkte pro Folie (nur Schlagworte) Jeden Punkt auf einer Folie ansprechen Nie mit einer ganz leeren Folie beginnen Keine „Doppelüberschriften“ Jannik Steinbring

Gestaltung von Folien (II) • Grafiken und Bilder benutzen • So wenig Formeln wie möglich • Farben • Verdeutlichung von Zusammenhängen • Achtung: Farben haben auch Symbolwerte • Rahmen • Name des Vortragenden • Seitenzahl • Animationen, Seitenübergänge, etc. gut wenn sinnvoll , ansonsten weglassen Jannik Steinbring

Folien – Schriftarten und -größen 8 Punkt 12 Punkt 18 Punkt 20 Punkt 24 Punkt 28 Punkt 32 Punkt 36 Punkt 40 Punkt 8 Punkt 12 Punkt 18 Punkt 20 Punkt 24 Punkt 28 Punkt 32 Punkt 36 Punkt 40 Punkt Serifenlose Schrift (links) Mind. 18 Punkt Dieser Text ist zu klein. Jannik Steinbring

Folien – Negatives Beispiel (I) Jannik Steinbring

Folien – Negatives Beispiel (II) Jannik Steinbring

Vortragsstil Frei und flüssig sprechen Zuschauer ansehen Reaktionen der Zuhörer beachten Seitlich neben der Projektionsfläche stehen (freie Sicht) Hände nicht in den Taschen An der Projektionsfläche erklären Vortrag planen und üben Jannik Steinbring

„Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung“