Forschungsthemen

Mario Aehnelt: Architektur für Informationsassistenz zur kognitiven Automatisierung in der Montage

[[{"type":"media","view_mode":"media_large","fid":"45","attributes":{"alt":"","class":"media-image","height":"293","style":"width: 180px; height: 110px; float: left; margin: 10px 5px;","typeof":"foaf:Image","width":"480"}}]]Bei komplexen und variantenreichen Produkten hat der Mensch aufgrund seiner kognitiven Leistungsfähigkeit und Flexibilität entscheidende Vorteile gegenüber automatisierten Systemen in der Montage. Jedoch bedeutet seine geringere Konzentrations- bzw. Präzisionsleistung gleichzeitig ein nicht zu unterschätzendes Qualitätsrisiko. Aus diesem Grund werden Montagearbeiter durch zusätzliche Assistenzsysteme bei der operativen Durchführung ihrer Arbeitsaufgaben unterstützt.

Das Ziel des Promotionsvorhabens ist die systematische und disziplinübergreifende Entwicklung eines Informationsassistenzsystems für den manuellen Montagearbeitsplatz, welches insbesondere die kognitiven Prozesse des Menschen unterstützt. Es fokussiert dabei nicht auf eine physische sondern auf die kognitive Automatisierung des Arbeitsprozesses. Hier liegt der Schwerpunkt in der technologischen Unterstützung der kognitiven Teilprozesse Denken, Lernen, Speichern und Erinnern.

Aus wissenschaftlicher Sicht stellt dabei bisher die automatisierte Verarbeitung von Kontextwissen die größte Hürde dar. Aus diesem Grund beschäftigt sich die Arbeit eingehend mit einer Automatisierung des Wissensverarbeitungsprozesses.

Es werden spezifische Basistechnologien und -methoden, wie zum Beispiel Enterprise-Service-Bus-Systeme oder Kognitive Architekturen, zur technischen Untersetzung und damit zur Verknüpfung bisher getrennter Aspekte der Informationsassistenz genutzt.

Die Arbeit ist eingebettet in das Anwendungsfeld der Montage im Maschinen- und Anlagebau. Aus diesem werden praxisnahe Anforderungen und Rahmenbedingungen für die Konzeption und Umsetzung des Lösungsansatzes bezogen. Das Promotionsvorhaben ordnet sich in den Forschungsbereich des Cognitive Engineering ein und verbindet damit Methoden der Informatik mit Methoden der Psychologie zu einer systematischen Bearbeitung der wissenschaftlichen Fragestellungen.

 

Rebekka Alm: Integration and Management of Contextualized Information by Digital Annotations

[[{"type":"media","view_mode":"media_large","fid":"38","attributes":{"alt":"","class":"media-image","height":"238","style":"width: 180px; height: 110px; float: left; margin-left: 5px; margin-right: 5px;","typeof":"foaf:Image","width":"404"}}]]Traditional knowledge management tools are often provided stand-alone and rely on the user to explicitly search for additional information due to a demand regarding their current task. Because of the additional effort of switching between systems and the missing knowledge of the availability of further information, a user might not access information relevant to him. In my research I propose the usage of ontology-based annotations as an intuitive way to integrate task related information into their work flow, enabling users: (1) to access contextually relevant information based on the task that they perform and (2) to easily create and share useful information with others. Contextually relevant content is automatically recommended to the user based on an ontology modelling the domain.

 

Dr. Olaf Berndt: Verhaltensmodellierung für das virtuelle Schiff

[[{"type":"media","view_mode":"media_large","fid":"39","attributes":{"alt":"","class":"media-image","height":"281","style":"width: 180px; height: 115px; margin-left: 5px; margin-right: 5px; float: left;","typeof":"foaf:Image","width":"480"}}]]Ziel der Forschungsarbeiten ist die Unterstützung des Engineerings und der Inbetriebnahme im Schiffbauprozess durch virtuelle Methoden. Basis dafür bildet die Realisierung einer Methodik und Softwareumgebung zur Erstellung computerbasierter Verhaltensmodelle von Schiffen oder Offshore-Plattformen, die sämtliche steuerungsrelevanten und funktionalen Informationen enthalten. Solche Verhaltensmodelle entstehen im Konstruktionsprozess mit den Verfahren des Model Based Systems Engineering und sollen zu einer echtzeitfähigen Steuerungssimulation des Schiffes auf Grundlage der realen physikalischen Zusammenhänge verwendet werden. Die Systemsimulation ermöglicht zum einen die virtuelle Inbetriebnahme des Schiffes noch in der Konstruktionsphase und zum anderen die Realisierung eines interaktiven 3D-Trainingssystemes für die Nutzer - bereits vor der Fertigstellung des Schiffes. Im Rahmen der Forschung werden auch Basistechnologien zur Umsetzung, wie z.B. die Verknüpfung von interaktiver physikalischer Simulation mit web-basierter Darstellung von 3D-Objekten, und die Möglichkeiten der Umsetzungen unter den besonderen Anforderungen des Schiffbaus untersucht und bewertet.

 

Dr. Gerald Bieber: Methodik zur mobilen Erfassung körperlicher Aktivität mittels Beschleunigungssensoren

Für die Erfassung der körperlichen Aktivität mittels Beschleunigungssensoren war es bislang üblich, entweder nur einfachste körperliche Aktivitäten zu erfassen oder spezielle Sensoren einzusetzen, die exakt am Körper auszurichten sind. Die sinnvolle Nutzung von nur einem Sensor zur Aktivitätserfassung, der beliebig orientiert getragen wird, war bisher nicht möglich, da die erhobenen Sensordaten bei Verdrehung nur eine eingeschränkte Erkennung der ausgeführten Aktivitäten zulassen.

Durch die Entwicklung einer Methodik, welches die Orientierung des Sensorsystems identifiziert und die gemessenen Beschleunigungsdaten in ein neues, geeignetes Bezugssystem transformiert wird es möglich, die Menge der Trainingsdaten zu reduzieren und die Erkennungsrate zu erhöhen.

Die hierfür notwendigen Teilkomponenten werden als Module definiert und in einer Gesamtarchitektur zusammengefasst. Dieses Gesamtmodell basiert auf der Aktivitätserkennung mittels merkmalsbasierter Mustererkennung. In Teilmodulen werden die Messdatenvorverarbeitungen zur Signalschätzung, die Merkmalsextraktion sowie die Klassifizierung abgebildet. Das Gesamtkonzept beinhaltet die Auswahl der relevanten Merkmale sowie eines geeigneten Klassifizierers für mobile Endgeräte.

 

Tim Dolereit: Kamera-Kalibrierung für eine bildbasierte Unterwasser-Vermessung & -3D-Rekonstruktion

[[{"type":"media","view_mode":"media_large","fid":"40","attributes":{"alt":"","class":"media-image","height":"174","style":"width: 180px; height: 100px; margin-left: 5px; margin-right: 5px; float: left;","typeof":"foaf:Image","width":"480"}}]]Hierbei wird eine Strategie erarbeitet, wie Kameras für den Einsatz in einer Unterwasserumgebung (wasserdichtes Gehäuse oder Blick ins Aquarium) zuverlässig geometrisch kalibriert werden können. Insbesondere werden dabei Stereo-Kamerasysteme unter expliziter Berücksichtigung von Lichtbrechung an ebenen Grenzflächen zwischen Wasser und Luft betrachtet. Die Kalibrierung ist die Grundlage für eine metrische 3D-Rekonstruktion der aufgenommenen Szene. Dazu werden die Lichtstrahlen korrespondierender Bildpunkte im 3D-Raum miteinander verschnitten. Zur Unterstützung der Korrespondenzsuche zwischen Bildpunkten in einem Stereo Kamerasystem sollen Korrespondenzlinien für die Einschränkung des Suchraums berechnet werden.

 

Fahimeh Farhadi Fard: Underwater image super-resolution in perspective of compressive sensing

[[{"type":"media","view_mode":"media_large","fid":"41","attributes":{"alt":"","class":"media-image","height":"270","style":"width: 180px; height: 115px; float: left; margin-left: 5px; margin-right: 5px;","typeof":"foaf:Image","width":"318"}}]]

Due to the strong need of ocean engineering for clear underwater images, image restoration and enhancement have received great attention in this world. Processing of underwater images is necessary since poor visibility condition affects the imaging systems in this medium. This is due to high refraction index of water in comparison with air. Light interaction with water causes absorption and scattering which lead to blur image features, haze, and low contrast. Water is not the only cause of degradation, but also floating particles such as dissolved organic matters. These particles are known as Marine Snow and provide a noisy scene underwater. So underwater image restoration/enhancement methods are essential for oceanic application such as De-noising, Color-correction and Super-resolution. The main focus is to employ the powerful tool, compressive sensing, to tackle with the mentioned difficulties.

 

Dr. Enrico Gutzeit: Automatische bildbasierte Segmentierung organischer Objekte einer gleichartigen Gruppe

[[{"type":"media","view_mode":"media_large","fid":"46","attributes":{"alt":"","class":"media-image","height":"225","style":"width: 180px; float: left; margin: 5px; height: 90px;","typeof":"foaf:Image","width":"462"}}]]Diese Arbeit adressiert die automatische bildbasierte Segmentierung von organo-Gruppen, Gruppen gleichartiger organischer Objekte. Die Segmentierung einer organo-Gruppe ermöglicht Anwendungen zur automatischen Vermessung, Inspektion oder Sortierung. In dieser Arbeit werden, ausgehend vom Problem der Stammschnittflächen, drei Segmentierungskonzepte entwickelt und quantitativ evaluiert. Ausgehend von den Konzepten wird eine allgemeinere Lösung für organo-Gruppen entwickelt und am Beispiel von Plattfischen, Kartoffeln und Äpfeln evaluiert, wobei gute bis sehr gute Ergebnisse erzielt werden.

 

Linda Huber: Kopplung von 3D-Visualisierung und Simulation im Web

Im Bereich des digitalen Prototypings werden in der Regel hohe Anforderung an Hardware und Software zur Visualisierung und Simulation von virtuellen Produkten gestellt, so dass es nicht möglich ist, diese Anwendungen einer breite Masse zugänglich zu machen. Die Möglichkeit, virtuelle Produkte mit Hilfe des Einsatzes von Standard-Web-Technologien zu visualisieren und zu simulieren, erweitert das Anwendungsfeld der virtuellen Produktentwicklung. Auf diese Weise können alle Beteiligten, die in den Lebenszyklus eines Produktes involviert sind, die Anwendung nutzen.

 

Dr. Steffen Hadlak: Graph Visualization in Space and Time

[[{"type":"media","view_mode":"media_large","fid":"47","attributes":{"alt":"","class":"media-image","height":"262","style":"width: 180px; height: 98px; float: left; margin-left: 5px; margin-right: 5px;","typeof":"foaf:Image","width":"480"}}]]Die visuelle Analyse von Graphen umfasst eine Vielzahl verschiedener Aspekte (Struktur, Attribute, räumlicher und zeitlicher Bezug). Aufgrund der steigenden Größe dieser Graphen und eines während der Analyse wechselnden Fokus wird deren Darstellung immer problematischer und bedingt eine Unzahl verschiedener Visualisierungen. Die Arbeit beschäftigt sich mit diesen Problemen und stellt neue Lösungen für die Darstellung der verschiedenen Aspekte, für die Reduktion der Größe, als auch für die Kombination von und den Wechsel zwischen verschiedenen Visualisierungen bereit.


Marian Haescher: Detecting Anomalies in Vital- and Activity-Data during Low-Amplitude Activities

Currently, systems applied in capturing and analyzing human vital data tend to decrease in accuracy and validity when measured during active parts of the wearers’ day. This results in misleading measurements (ghost anomalies) and false indications of health risks as well as worried patients or users. By designing a framework, which includes: (1) a vital-data training unit to learn the specifics of users bio-signals, a (2) validity unit that analyzes the captured signals’ quality to determine a validity score, and a (3) universal algorithmic structure for determining vital signs of the human body via universal sensors, these shortcomings can be addressed.


Tom Krause: Registrierung von Kameras im Raum

[[{"type":"media","view_mode":"media_large","fid":"48","attributes":{"alt":"","class":"media-image","height":"258","style":"width: 110px; height: 62px; margin-left: 40px; margin-right: 40px; float: left;","typeof":"foaf:Image","width":"458"}}]]Für kamerabasiertes AR und für-3D Rekonstruktion aus Bildern ist eine Registrierung der Kamera im Raum notwendig. Für die Registrierung einer Kamera im Raum ist ein grobes CAD-Modell des Raums verfügbar – explizite Marker können aber nicht benutzt werden. Der Fokus der Forschung liegt auf dem Einsatz von Fischaugenkameras, um einen möglichst großen Bereich des Raumes auswerten zu können. Aufgrund der extremen Verzeichnung dieser Objektive müssen besondere Analyseverfahren zum Einsatz kommen, um die Kanten im Raum zu detektieren. Durch eine Hough-Transformation wird die komplexe Suche gekrümmter Linien im Bild eine effizient durchführbare Suche eines lokalen Maximums in einem Parameter-Raum umgewandelt.


Denys Matthies: Hands-Free and Eyes-Free Peripheral Microinteractions for Wearable Computing

[[{"type":"media","view_mode":"media_large","fid":"50","attributes":{"alt":"","class":"media-image","height":"292","style":"width: 190px; height: 116px; float: left;","typeof":"foaf:Image","width":"480"}}]]Technology is closer to the human than ever and will be even closer in the future. However, we face an operating issue – the control of smart devices is sometimes complicated (e.g. small input space on the screen), awkward (e.g. speech control in a group), inadequate (e.g. binary tasks require complex interaction) or not feasible at all (e.g. hands are already busy), as a control in certain situations can also cause risks (e.g. focusing the screen instead of the road). Alternative control concepts provide new input and output strategies that should consider the users’ actual needs and abilities to generate added value for everyday life. In this thesis, I present a variety of approaches on how to enable safe and unobtrusive wearable computing through hands-free and eyes-free peripheral microinteractions. Apparently, not making use of hands potentially enables the users’ to continue accomplishing real world tasks. While waiving on the requirement of the visual attention and making use of the humans’ ability of peripheral perception, we can make interaction less attention drawing and thus enable mobile computing to be potentially safer. Since sensors and actuators can be integrated into everyday objects, such as wearables, interactions can also potentially designed in a more subtle and unobtrusive way, so they can be more socially acceptable as well. The conducted research strongly focuses on the interaction part between human and computer, while novel alternative concepts have been investigated that offer new opportunities and first experiences for a better mobile computing.


Stephan Ohl: A Library Design for Distributed Acquisition and Rendering Telepresence

Die Unterwasserwelt – gerade in der Tiefsee – entzieht sich dem direkten Zugriff durch den Menschen. Lediglich über Mehrkamerasysteme lassen sich diese Gebiete visuell explorieren. Life-Size Multi-View Telepräsenzsystemen stellen hohe Anforderungen an die Datenverarbeitung. Daten unterschiedlicher Kamerasysteme an unterschiedlichen Rechner müssen synchronisiert aufgenommen, in Echtzeit verarbeitet, gesendet und in einer verteilten Displayumgebung wieder dargestellt werden. Die Dissertation beschäftigt sich mit einem verteilten datenflussbasierten Ansatz als Basis für solche Systeme.

 

Martin Radolko: Erkennen und Tracken von Fischen in Unterwasservideoaufnahmen

[[{"type":"media","view_mode":"media_large","fid":"42","attributes":{"alt":"","class":"media-image","height":"480","style":"width: 150px; height: 110px; margin-left: 20px; margin-right: 20px; float: left;","typeof":"foaf:Image","width":"373"}}]]Es soll eine allgemeine (nicht objektspezifische) Objekterkennung umgesetzt werden die auch unter den erschwerten Bedingungen unter Wasser gute Ergebnisse liefert. Weiterhin sollen diese beliebigen Objekte im Verlauf des Videos verfolgt werden (Tracking) um Daten für eine spätere Szenen- und Verhaltensanalyse zu liefern. Um unter diesen Voraussetzungen trotzdem gute Resultate zu erzielen zu können, werden neue und auf diese Bedingungen angepasste Algorithmen entwickelt. Diese sollen auf den Rohdaten oder auf schon angereicherten Daten (z.B. mit Superresolution oder Farbkorrektur) lauffähig sein und wichtige Informationen über die Unterwasserszene liefern. Ein möglicher Anwendungsfall ist die Analyse des Verhaltens von Fischen in Aquakulturen um die Fütterungsprozesse zu optimieren und Krankheiten frühestmöglich zu erkennen.

 

Thomas Ruth: Skalierbare Visualisierung bathymetrischer Daten

Das Ziel der Forschungsarbeiten ist die effiziente Generierung interaktiver Bathymetriemodelle für Mixed Reality-Umgebungen. Unter Bathymetrie versteht man die Vermessung der topographischen Gestalt der Meeresböden. Die erfassten Tiefenprofildaten bilden die Basis für eine Vielzahl von Anwendungen, z.B. für Seekarten, Vorhersagemodelle oder die marine Raumplanung. Mit dem Aufkommen von Geoinformationssystemen (GIS) zur digitalen Erfassung, Verwaltung und Manipulation von raumbezogenen Daten seit den 1950er Jahren hat sich auch das Konzept der Terrainvisualisierung stark entwickelt. Die 3D-Visualisierung von Terrains ist seitdem sowohl in den Bereichen GIS als auch VR (Virtual Reality) ein Forschungsschwerpunkt. Insbesondere die einfache Aufbereitung von bathymetrischen Datensätzen für die interaktive Nutzung in Virtual und Mixed Reality-Umgebungen stellt eine Herausforderung dar.

 

Ahmed Rabee Sadik: An Intelligent Control System to Enable Human & Industrial Robot (HIR) Cooperation

[[{"type":"media","view_mode":"media_large","fid":"43","attributes":{"alt":"","class":"media-image","height":"377","style":"width: 120px; height: 110px; float: left; margin-left: 35px; margin-right: 35px;","typeof":"foaf:Image","width":"376"}}]]Integrating human worker and industrial robot in one production cell is a novel trend in industry, the idea behind this integration is to combine the advantages of both human and robot in the same production cell. Workers add the flexibility to the production cell as they can easily adapt to many unexpected situations, yet industrial robots are reliable in terms of speed, payload, and accuracy. However, the challenge in the HIR workcell is constructing the suitable control architecture. The HIR control architecture must have its own conscious of the status of production and work resources, to be able to quickly cope with any sudden variations in the production components or functions, ultimately to give the workcell the flexible manufacturing capabilities with the highest possible performance.


Martin Schröttner: 3D Digitalisierung und Management von Kulturerbe-Artefakten

Die aktuellen Forschungsschwerpunkte liegen in den Bereichen Kulturerbe und Digitale Bibliotheken, im Speziellen bei der (3D-)Digitalisierung und Verwaltung von Kulturerbe-Artefakten. Dabei wird zurzeit ein webbasiertes User-Interfaces (Webapplikation) für eine Repository Infrastructure zur Verwaltung, Annotation, Ähnlichkeitsberechnung von Dokumenten, Metadaten-Eingabe sowie der (3D-)Darstellung von digitalisierten Objekten entwickelt.


Dr. Hans-Jörg Schulz: Visual Analytics für strukturierte Datenmengen

Datenmengen sind vielfach gemäß einer Datentopologie strukturiert – z.B. in einer Tabellenstruktur, Baumstruktur oder Netzwerkstruktur. Letztere gewinnen insbesonders durch die Verbreitung von NoSQL Datenbanken zunehmende Bedeutung und damit auch ihre visuelle Darstellung und Analyse. Die Herausforderung in der Darstellung liegt vor allem in der Vielfalt der möglichen visuellen Codierungen und Abbildungen. Daher ist es ein zentrales Forschungsziel, diese visuelle Vielfalt zu verstehen und aus diesem Verständnis heraus Nutzerschnittstellen zu entwickeln, die die Vielfalt auch dem Endnutzer verfügbar machen. Wohingegen die Herausforderung der visuellen Analyse komplex strukturierter Daten zumeist in der hohen Laufzeitkomplexität der auszuführenden Analysealgorithmen liegt. Um diese zu adressieren, wird ein inkrementeller Ausführungsansatz verfolgt, dessen Modellierung und generischer Umsetzung im Zentrum der durchgeführten Forschungsarbeiten steht. Anwendung finden die entwickelten Ansätze in der visuellen Analyse von Klimadaten komplexer Ensemblesimulationen und von Sensordaten aus Produktionsprozessen.


John Trimpop: Personalized Health Support through sensor based Activity- and Vital-Data-Recognition by applying Smart Devices

In various fields of social life, people seek opportunities to measure daily activities, bodily behaviors and health related parameters comfortably, unobtrusively and automatically. This is especially true for the growing elderly population, who have a significantly increased risk for falling or other emergencies, while often living alone to an old age. Against this background, a comfortable emergency detection and monitoring of physical activities would be attractive. Moreover, with an increasing interest in one’s own bodily characteristics, expressed in the self-tracking movement, a strong desire for a comprehensive monitoring of vital and health data is emerging.

The conducted research aims to develop a smart health support system that combines innovative research developments of activity recognition, vital data analyzes, and emergency detection with the functionality of con-temporary smartwatches. We plan our developments to be used by end-users, as well as by house emergency services or other aid organizations to efficiently support their customers.

 

Matthias Vahl: Near Shore Positioning System

Die heutige Schifffahrt verlässt sich für die Ortsbestimmung und Navigation umfassend auf satellitengestützte Navigationsverfahren, wie NAVSTAR GPS. Sind diese Positionsangaben wegen natürlicher oder mutwilliger Störungen des Signals verfälscht oder komplett ausgefallen, so ist die Navigation auf der Schiffsbrücke stark eingeschränkt. Anzustreben ist deshalb ein Rückfallsystem, das komplett unabhängig von einer externen Infrastruktur (Stelliten, Funknetze,…) arbeitet und robuste Positionsangaben liefert. Das entwickelte Verfahren erfüllt für die Anforderung für den Küstenbereich und arbeitet auf Grundlage von Radarbildern. Diese Bilder werden effizient gegen verfügbares Kartenmaterial des Küstenbereichs verglichen und liefern so eine hinreichend genaue Position des Schiffs ohne auf eine externe Infrastruktur angewiesen zu sein.

 

Jakob Zabel: Visual Analytics for Marine Data

Durch die zunehmende Erforschung der Meere fallen immer mehr Sensordaten an. Da Forschungsfahrten und Meerestechnik teuer sind, werden so viele Daten gesammelt wie möglich. Um diese Daten auszuwerten, brauchen Forscher unterstützende Software. Ziel der Forschungsarbeit ist es, für den Meeresforscher potentiell relevante Zusammenhänge zwischen genetischen Analysedaten einer Wasserprobe und sonstigen Parametern der Wassersäule (Salinität, Temperatur etc.) herzustellen und verständlich zu präsentieren. Die Arbeit erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde, dem zusätzlich zu ozeanographischen und biologischen Messwerten spezielle Daten, sog. "Metatranscriptomics" zur Verfügung stehen – das sind Querschnitte aus der Gesamt-RNA einer Wasserprobe, gewonnen aus einem Massensequenzierer.

 

Zhiliang Zhou: Underwater Color Image Enhancement

[[{"type":"media","view_mode":"media_large","fid":"44","attributes":{"alt":"","class":"media-image","height":"480","style":"width: 180px; height: 110px; float: left; margin-left: 5px; margin-right: 5px;","typeof":"foaf:Image","width":"427"}}]]Color correction for under water scene is not comparable with the traditional color correction problem. This is because colorcast in underwater is not spacial constant as colorcast in the air is, because of not neglectable attenuation. One has to take depth information into account to improve the color correction model. Target is the improvement of the quality of underwater images both from color domain and texture domain. It involves color correction problems and the detail enhancement problem. In the past year, underwater color correction algorithms were improved with more reasonable models. Actually the texture enhancement and the combination between color correction and texture enhancement are in focus. A prototype to study how to enhance the detail geometric properties for underwater images was implemented.


René Zmugg: Procedural Creation of Man-Made Shapes and Structures

[[{"type":"media","view_mode":"media_large","fid":"49","attributes":{"alt":"","class":"media-image","height":"305","style":"width: 180px; height: 114px; margin-left: 5px; margin-right: 5px; float: left;","typeof":"foaf:Image","width":"480"}}]]Ziel des Forschungszweiges Visual Computing ist es, die Welt in einer editierbaren Form am Computer abzubilden. Die Forschungen im Rahmen der Dissertation gehen einen Schritt in diese Richtung und entwickeln Methoden und Formalismen, mit denen man leichter prozedurale Modelle erzeugen kann. Mit diesen Modellen kann dann jedermann gezielt und leicht 3D-modellieren ohne sich Kenntnisse von spezialisierter Software aneignen zu müssen.