Proseminar: „ Anthropomatik : Von der Theorie zur Anwendung“

1. Proseminar: „Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung“

2. Ablauf • Formale Randbedingungen • Vorstellung der Themen • Verteilung der Themen • Hinweise zur Ausarbeitung • Hinweise zum Vortrag Jörg Fischer

3. Formale Anforderungen • Vortrag • 15 Minuten • PowerPoint oder LaTeX (Vorlage auf WWW-Seite) • Blockveranstaltung • Schriftliche Ausarbeitung • 5 Seiten, zweispaltig • LaTeX (Vorlage auf WWW-Seite) • PDF und LaTeX-Sourcen an Betreuer • Anwesenheitspflicht bei allen Veranstaltungen Jörg Fischer

4. Ablauf des Seminars • Themenauswahl • Themen an Betreuer gebunden • Recherche • Empfohlene Literatur • Eigenständige Recherche • Ausarbeitung • Vortrag Jörg Fischer

5. Meilensteine • Themenauswahl (heute) • Ausarbeitung • Vorstellung des Themas und Gliederung (Di. 12. November) • Erste ausformulierte Fassung (Di. 26. November) • Endgültige Fassung (Di. 10. Dezember) • Vortrag • Vortragsfolien erste Fassung (Di. 14. Januar) • Vortrag Anfang Februar Jörg Fischer

6. Benotung • 50% der Note für die Ausarbeitung • 50% der Note für die Präsentation • Leistungspunkte 3 • Deadlines sind hart • Plagiate führen zu sofortigem Ausschluss Jörg Fischer

7. Ablauf • Formale Randbedingungen • Vorstellung der Themen • Verteilung der Themen • Hinweise zur Ausarbeitung • Hinweise zum Vortrag Jörg Fischer

8. Unüberwachtes Lernen: Clustering-Verfahren Aufgabenstellung • Einarbeitung in das Themengebiet • Erarbeitung und Gegenüberstellung der Vor- und Nachteile verschiedener Clustering-Verfahren Betreuer: Matthias Richter, matthias.richter@iosb.fraunhofer.de Themenbeschreibung Cluster-VerfahrendienenzurEntdeckung von Strukturen in großenDatenmengen. Siewerdenunteranderemeingesetzt um neue, unbekannteZusammenhängeaufzudecken, Unregelmäßig- keiten in den DatenzufindensowiezurDaten-komprimierung. Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung

9. Dense Tracking and Mapping (DTAM) Tasks • Summarize the state-of-art in modern shape-from-motion methods • Understand the critical features of DTAM algorithm • Compare DTAM to other methods based on qualitative/quantitative metrics Advisor: Dr. Alexey Pak, alexey.pak@ies.uni-karlsruhe.de Description Data from a moving camera allow one to determine the scene geometry and at the same time track the camera motion. Instead of relying on sparse image features, modern algorithms exploit all available pixels and optimize the global quality metric in real time. Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung

10. Grenzen der menschlichen Wahrnehmung in der Gesichtswiedererkennung Aufgabenstellung • Erreichen eines grundsätzlichen Verständnisses über automatisierte Gesichtswiedererkennungsverfahren • Herausarbeiten der Grenzen eines menschlichen Beobachters im Vergleich zur automatisierten Lösung Betreuer: Herr Christian Herrmann, christian.herrmann@iosb.fraunhofer.de Themenbeschreibung In der Praxis müssen sich automatisierte Gesichtswiedererkennungssysteme gegenüber menschlichen Beobachtern behaupten, um ihren Einsatz zu rechtfertigen. Die Kenntnis der Grenzen der menschlichen Leistungsfähigkeit ist daher wichtig. Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung

11. Exploration vs. Exploitation in Maschinenlernen und Spieltheorie Themenbeschreibung Eine zunächst unbekannte Umwelt (Spiel) wird erkundet (exploration) um das gewonnene Wissen zur Erreichung von Zielen einzusetzen (exploitation). Es stellt sich die Frage, wie viele Ressourcen für die Erkundung gegenüber der Ausnutzung eingesetzt werden sollen. Zur Optimierung dieses Tradeoffs sollen zwei Ansätze aus dem Maschinenlernen [1] und der algorithmischen Spieltheorie [2] gegenübergestellt werden. Aufgabenstellung Einarbeitung in zwei Ansätze für den Ressourceneinsatz für Erkundung und Ausnutzung einer Umwelt (Spiel) Gegenüberstellung der beiden Ansätze in der Ausarbeitung Betreuer Herr Julius Pfrommer, julius.pfrommer@kit.edu [1] Osugi, Thomas, Deng Kim, and Stephen Scott. "Balancing exploration and exploitation: A new algorithm for active machine learning." Data Mining, Fifth IEEE International Conference on. IEEE, 2005. [2] Auer, Peter, et al. "Gambling in a rigged casino: The adversarial multi-armed bandit problem." Foundations of Computer Science, 1995. Proceedings., 36th Annual Symposium on. IEEE, 1995. Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung

12. Detektion des GrundprimitivsbeistrukturellenTexturen Aufgabenstellung • Einarbeitung in das Thema • Erarbeitung und Gegenüberstellung der verschiedenenVerfahrenzurPrimitvdetektion Betreuer: Herr Markus Vogelbacher, markus.vogelbacher@iosb.fraunhofer.de Themenbeschreibung Texturen sind zweidimensional ausgeprägte Strukturen, die eine gewisse deterministische oder statistische Regelmäßigkeit aufweisen. Bei strukturellen Texturen sind dabei ein Elementarmuster/Primitiv und ein festes örtliches Anordnungsschema zu erkennen. Die Detektion des Primitivs stellt einen wesentlichen Bestandteil der Analyse dieses Texturtyps dar. Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung

13. Anwendbarkeit von Conceptual Clustering im Bereich der semantischen Wissensmodellierung 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 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. 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 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung

14. Stereo-Rekonstruktion Aufgabenstellung • Einarbeitung in die Grundlagen der Stereorekonstruktion • SpezifikationeinesgeeignetenAlgorithmuszurTiefenschätzung Betreuerin: Miriam Ruf, miriam.ruf@iosb.fraunhofer.de Themenbeschreibung Bilder, die von zwei versetzten Kameras aufgenommen werden, sind eine gängige Methode, um räumliche Tiefen zu messen. Dazu werden Korrespondenzen zwischen den Bildern gesucht, und dann mithilfe von Informationen über die Kamerapositionen Tiefen geschätzt. Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung

15. LagebestimmungeinesmobilenAgenten Themenbeschreibung Häufig möchte sich ein mobiler Agent anhand von Land-marken in seiner Umgebung lokalisieren. Mithilfe von ver-rauschten Messungen dieser Landmarken relativ zu seiner aktuellen Lage und dem Wissen um die Positionen dieser Landmarken in der Welt, kann er seine eigne Lage in der Welt effizient berechnen. Aufgabenstellung • Einarbeiten in die Problemstellung und dessen Anwendungsbereiche • Erarbeitung und Verständnis des Algorithmus zur Berechnung der Lage in geschlossener Form • Darlegen von Vor- und Nachteilen dieses Ansatzes Betreuer: Jannik Steinbring, Jannik.Steinbring@kit.edu Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung

16. Schnelle Berechnung des „NearestNeighbour“ Themenbeschreibung Betrachtet wird das Problem der Lageschätzung eines ausgedehnten Objektes, gegeben eine Menge von gemessenen Oberflächenpunkten. Gesucht wird die Lage, die den Abstand zwischen dem Objekt und diesen Punkten minimiert. Aus diesem Grund ist es wichtig, effiziente Algorithmen zu betrachten, die den nächsten Nachbarn von einem gemessenen Punkt zu dem Objekt bestimmen können. Aufgabenstellung • Einarbeitung in den „NearestNeighbour“-algorithmus • Darstellung des Stands der Technik • Darstellung von Vor- und Nachteilen dieses Ansatzes Betreuer: Antonio Zea, Antonio.Zea@kit.edu Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung

17. Zeitkontinuierliche Optimale Regelung Themenbeschreibung Optimale Regelung ist ein optimierungsbasiertes Regelungs-verfahren, 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 Hamilton-Verfahren eine wichtige Methode zur Lösung dieser Aufgabe dar. Aufgabenstellung • Einarbeitung in die optimale Regelung • Erarbeitung des Hamilton-Verfahrens zur Lösung des Minimierungsproblems • Darstellung von Vor- und Nachteilen dieses Ansatzes Betreuer: Maxim Dolgov, Maxim.Dolgov@kit.edu Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung

18. Systemidentifikation mittels SubspaceIdentification Themenbeschreibung Bei der Systemidentifikation geht es darum Struktur und Parameter eines vorhandenen Systems auf der Grundlage von Systeminputs und -outputs zu bestimmen. Ein verbreiteter Ansatz zur Systemidentifikation von linearen Systemen ist das Subspace-Identification. input-output data Aufgabenstellung • Einarbeiten in die Grundlagen zu linearen Systeme und der Systemidentifikation • Einarbeiten in das Verfahren der „SubspaceIdentification“ Betreuer: Christof Chlebek, Christof.Chlebek@kit.edu STEP 1 stateandobservability matrix STEP 2 systemmodel Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung

19. 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 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung

20. Bias-aware Kalman filters Themenbeschreibung Das Kalman-Filter ist eines der bekanntesten Schätzverfahren, um dynamisch aus verrauschten Daten Informationen zu gewinnen. Systematische Messabweichungen, z.B. durch einen falsch kalibrierten Sensor, sind hierbei schwierig zu berücksichtigen. Mehrere Ansätze zur Behandlung dieser Fehler sollen vorgestellt und bewertet werden. Aufgabenstellung • Einarbeitung in die Problemstellung, Kalman-Filter und Messunsicherheiten • Vergleich verschiedener Ansätze Betreuer: Benjamin Noack, noack@kit.edu Kalman-Filter Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung

21. Nichtlineare Regelung mittels „Feedback Linearization“ Aufgabenstellung • Einarbeitung in die regelungstechnischen Grundbegriffe und die Regelung nichtlinearer Systeme • Einarbeitung in die grundsätzliche Methode der Feedback-Linearisierung Betreuer: Jörg Fischer, joerg.fischer@kit.edu Themenbeschreibung „Feedback Linearization“ ist eine Methode, die zur Regelung nichtlinearer Systeme eingesetzt wird. Wenn anwendbar, führt das Verfahren zur sehr guten Ergebnissen und wird daher standardmäßig zur Regelung elektrischer Antriebe eingesetzt. Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung

22. Themenverteilung • Unüberwachtes Lernen: Clustering-Verfahren • Dense Tracking and Mapping (DTAM) • Grenzen der menschlichen Wahrnehmung in der Gesichtswiedererkennung • Exploration vs. Exploitation in Maschinenlernen und Spieltheorie • Detektiondes GrundprimitivsbeistrukturellenTexturen • Anwendbarkeit von Conceptual Clustering im Bereich der semantischen Wissensmodellierung • Stereo-Rekonstruktion • LagebestimmungeinesmobilenAgenten • Schnelle Berechnung des „Nearestneighbour“ • Zeitkontinuierliche Optimale Regelung • Systemidentifikation mittels SubspaceIdentification • Richtungsstatistik • Bias-aware Kalman filters • Nichtlineare Regelung mittels „Feedback Linearization“ Themenwerdennach der Reihenfolge der Anmeldungverteilt • << Jörg Fischer

23. Ablauf • Formale Randbedingungen • Vorstellung der Themen • Verteilung der Themen • Hinweise zur Ausarbeitung • Hinweise zum Vortrag Jörg Fischer

24. 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) Jörg Fischer

25. Grafiken in Ausarbeitung • Pixelgrafiken sinnvoll skalieren • Auf Qualität der eingebundenen Bilder achten • Beschriftung in Sprache der Ausarbeitung • Graphen vollständig beschriften • Auch Grafiken müssen korrekt referenziert werden • Auf jede Grafik im Text Bezug nehmen Jörg Fischer

26. Ablauf • Formale Randbedingungen • Vorstellung der Themen • Verteilung der Themen • Hinweise zur Ausarbeitung • Hinweise zum Vortrag Jörg Fischer

27. 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 Jörg Fischer

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

29. Gestaltung von Folien (I) • Vorlage verwenden • Klare, einheitliche Gestaltung (Konsistenz) • Wenige Punkte pro Folie (nur Schlagworte) • Jeden Punkt auf einer Folie ansprechen Jörg Fischer

30. Gestaltung von Folien (II) • Grafiken und Bilder benutzen, falls möglich • Farben • Verdeutlichung von Zusammenhängen • Achtung: Farben haben auch Symbolwerte • Rahmen • Name des Vortragenden • Seitenzahl • Animationen, Seitenübergänge, etc. gut wenn sinnvoll , ansonsten weglassen Jörg Fischer

31. 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 Dieser Text ist zu klein. • Serifenlose Schrift (links) • mind. 18 Punkt Jörg Fischer

32. Folien – Negatives Beispiel (I)

33. Folien – Negatives Beispiel (II) Jörg Fischer

34. Vortragsstil • Frei und flüssig sprechen • Reaktionen der Zuhörer beachten • Seitlich neben der Projektionsfläche stehen (freie Sicht) • An der Projektionsfläche erklären • Vortrag planen und üben Jörg Fischer

35. Probleme bei Beamer-Präsentationen • Kompatibilität mit dem Vortragsrechner • PowerPoint: Nicht-Standard-Schriftarten? TrueType-Schriftarten einbetten • Open Office / LateX:  PDF generieren • Videos oft problematisch  Vorher auf Vortragsrechner testen Jörg Fischer

36. Danke für die Aufmerksamkeit!