Einfuehrungsveranstaltung

Report
Proseminar
„Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung“
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und
nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
www.kit.edu
Übersicht
Formale Randbedingungen
Vorstellung der Themen
Verteilung der Themen
Hinweise zur Ausarbeitung
Hinweise zum Vortrag
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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
3
Jannik Steinbring
Ablauf des Seminars
Themenauswahl
Themen an Betreuer gebunden
Recherche
Empfohlene Literatur
Eigenständige Recherche
Ausarbeitung
Vortrag
4
Jannik Steinbring
Meilensteine
5
Themenauswahl
(heute)
Ausarbeitung
Vorstellung des Themas und Gliederung
Erste ausformulierte Fassung
Endgültige Fassung
(Di., 29. April)
(Di., 20.Mai)
(Di., 03. Juni)
Vortrag
Vortragsfolien erste Version
Vortrag
(Di., 17. Juni)
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
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Jannik Steinbring
Übersicht
Formale Randbedingungen
Vorstellung der Themen
Verteilung der Themen
Hinweise zur Ausarbeitung
Hinweise zum Vortrag
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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-NullstellenRepräsentation 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, [email protected]
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Jannik Steinbring
Input
Output
Input
Output
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, [email protected]
9
Jannik Steinbring
Duale Quaternionen 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, [email protected]
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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 (directional statistics), 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 Circular Statistics“ (Jammalamadaka, SenGupta, 2001)
Überblick über die grundlegenden Ideen der Richtungsstatistik
Vorstellen der relevanten Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Betreuer:
Herr Gerhard Kurz, [email protected]
11
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, [email protected]
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Jannik Steinbring
Gütemaße für 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, [email protected]
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Jannik Steinbring
Parameterschätzung mittels 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, [email protected]
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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, [email protected]
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
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Jannik Steinbring
Quelle [1]
Einfache, gitterbasierte, homomorphe
Kryptoverfahren
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, [email protected]
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Jannik Steinbring
Anwendungen der Sichtprüfung außerhalb
des sichtbaren Spektrums
Themenbeschreibung:
Einige Anwendungen zur Sichtprüfung offenbaren
sich erst in Spektralbereichen, die für den Menschen
nicht sichtbar sind. Viele Materialien verfügen hier
über vollkommen andere optische Eigenschaften.
In dieser Arbeit sollen diese Unterschiede und deren
Nutzen in der Sichtprüfung herausgearbeitet werden.
Aufgabenstellung:
Selbstständige Literaturrecherche zum Thema
Veranschaulichung durch Beispiele
Aufzeigen der Unterschiede zu
Anwendungen im sichtbaren Spektrum
Betreuer:
Dipl.-Inform. Sebastian Höfer
17
[email protected]
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, [email protected]
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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, [email protected]
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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.
Assignments
Understand the basic principles of the single-frame
face super-resolution methods
Describe & compare state-of-the-art approaches
Advisor:
Mr. Chengchao Qu, [email protected]
20
LR
Interpolation
SR
HR
C.-Y. Yang, S. Liu, M.-H. Yang,
Structured Face Hallucination, CVPR'13
Jannik Steinbring
SLAM in der Messtechnik
Themenbeschreibung
SLAM (Simultaneous Localization and 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 Technik für SLAM Verfahren
Erarbeitung des Stand der Technik für SLAM Anwendungen in der
Messtechnik
Betreuer:
Dipl.-Ing. Miro Taphanel, [email protected]
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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, [email protected]
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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 3DRekonstruktion der Oberfläche genutzt werden.
Aufgabenstellung
Einarbeitung in die Grundlagen des photometrischen Stereo
Ausführliche Literaturrecherche zum Thema:
Lichtquellen
Oberflächenmodellen
Rekonstruktionsmethoden
Betreuer:
Herr Thomas Stephan, [email protected]
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Jannik Steinbring
Übersicht
Formale Randbedingungen
Vorstellung der Themen
Verteilung der Themen
Hinweise zur Ausarbeitung
Hinweise zum Vortrag
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Jannik Steinbring
Übersicht
Formale Randbedingungen
Vorstellung der Themen
Verteilung der Themen
Hinweise zur Ausarbeitung
Hinweise zum Vortrag
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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)
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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!)
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Jannik Steinbring
Übersicht
Formale Randbedingungen
Vorstellung der Themen
Verteilung der Themen
Hinweise zur Ausarbeitung
Hinweise zum Vortrag
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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
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Jannik Steinbring
Vortragslänge
Zeitbeschränkung beachten! (15 Min.)
Aber: Vortrag sollte auch nicht zu kurz sein
Viele Informationen
Wenig Zeit
 Konzentration auf das Wesentliche
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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
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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“
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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
Controller
Network
Network
Sensor
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Plant
Actuator
Jannik Steinbring
Folien – Schriftarten und -größen
8 Punkt
8 Punkt
12 Punkt
12 Punkt
18 Punkt
18 Punkt
20 Punkt
20 Punkt
24 Punkt
28 Punkt
32 Punkt
36 Punkt
40 Punkt
24 Punkt
28 Punkt
32 Punkt
36 Punkt
40 Punkt
Dieser Text
ist
zu klein.
Serifenlose Schrift (links)
Mind. 18 Punkt
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Jannik Steinbring
Folien – Negatives Beispiel (I)
35
Jannik Steinbring
Folien – Negatives Beispiel (II)
200
150
100
50
0
-50
-100
36
1
2
3
4
5
6
7
Jannik Steinbring
8
9
10
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
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Jannik Steinbring

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