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Das Ziel des Praktikums Forschungsprojekt: Anthropomatik praktisch erfahren ist es, Studenten die Möglichkeit zu geben, in aktuelle Forschungsgebiete hineinzuschnuppern. Dabei sollen in Gruppen von jeweils zwei bis drei Studenten Soft- und/oder Hardware-Projekte erstellt werden. Die zu bearbeitenden Aufgaben kommen aus den Forschungsbereichen verteilte Messsysteme, Robotik, Mensch-Roboter-Kooperation, Telepräsenz- und Assistenzsysteme. Das Praktikum gibt interessierten Studenten die Möglichkeit, Erfahrungen sowohl im wissenschaftlichen Arbeiten als auch im Projektmanagement zu sammeln.

In dem Praktikum können folgende Fähigkeiten erlernt und vertieft werden:

  • Umsetzung von theoretischen Methoden in reale Systeme
  • Erstellung von technischen Spezifikationen
  • Projekt- und Zeitmanagement
  • Entwicklung von Lösungsstrategien im Team
  • Präsentation von Zwischen- und Endergebnissen (in Poster- und Folienvorträgen sowie einem Abschlussbericht)

Das Praktikum (4 SWS) besteht aus 2 Lehrveranstaltungen: einem praktischen Teil (mit 2 SWS), welcher die konkrete Implementierung der Aufgabenstellung des Praktikums durch die Studenten beinhaltet und einem theoretischen Teil (mit 2 SWS). In diesem Teil des Praktikums vermitteln die wissenschaftlichen Mitarbeiter den Studenten die Theorie für das jeweilige Projekt. Außerdem diskutieren die Mitarbeiter mit den Studenten in persönlichen Gesprächen mögliche Lösungen zu Problemen, die bei der Implementierung auftreten. Beide Teile sind nur in Kombination belegbar.


Am Tag der Informatik 2010 wurde das Praktikum Forschungsprojekt "Anthropomatik praktisch erfahren" als bestbeurteiltes Praktikum ausgezeichnet.

Weitere Informationen zum Praktikum Forschungsprojekt: Anthropomatik praktisch erfahren.

Themengebiete

Bachelor-Studenten only Wettbewerb: IEEE Signal Processing Cup 2015

Betreuer: Igor Gilitschenski, Gerhard Kurz, Florian Pfaff


Der IEEE Signal Processing Cup (SP Cup) gibt Studierenden die Möglichkeit, im Rahmen eines Wettberbs an einem spannenden und zugleich aktuellen Problem aus dem Bereich der Signalverarbeitung zu arbeiten. Im Mittelpunkt des SP Cup 2015 steht die Schätzung der Herzfrequenz mit Smartwatches und intelligenten Armbändern. Die meisten dieser Geräte schätzen den Puls aus leichten Veränderungen des Lichtabsorptionsverhaltens der Haut (Photoplethysmogram), welches direkt am Handgelenk gemessen wird.

Ob ihr euch schon selbst über die ungenaue Herzfrequenzmessung eurer Smartwatch geärgert habt oder einfach nur an der Lösung eines spannenden und relevanten Problems arbeiten wollt: Im bevorstehenden Wettbewerb habt ihr die Chance zu zeigen, dass ihr es besser könnt. Auf Grundlage bereits vorhandener photoplethysmographischer Daten soll in Dreier-Teams ein Algorithmus zur Herzfrequenzschätzung entwickelt werden.

Im Februar 2015 werden unter allen Beiträgen die besten Teams bestimmt und auf Kosten der IEEE Signal Processing Society im April 2015 nach Brisbane, Australien zur "International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP 15)" eingeladen. Auf dieser international hoch renommierten Konferenz findet das Finale statt und der eigene Ansatz kann vor einem Fachpublikum vorgestellt werden.

Projekt 1: Bestimmung von Objektoberflächen aus farbigen Punktwolken

Betreuer: Jannik Steinbring, Antonio Zea

Einleitung

Die Idee der Telepräsenz ist es, eine Person (im folgenden Benutzer) virtuell an einen entfernten Ort zu versetzen, indem einerseits ihre Bewegungen am entfernten Ort von einem (mechanischen) Vertreter ausgeführt und ihr andererseits multimodale Sinneseindrücke des entfernten Ortes dargestellt werden. Auf diese Weise erlebt der Benutzer den entfernten Ort, oder eine digitale Kopie davon, als wäre er dort tatsächlich präsent (siehe Abbildung). Alternative kann eine Person auch in eine virtuelle Realität / 3D Landschaft eintauchen und sich dort frei bewegen.

Um das Eintauchen in die virtuelle Realität zu verbessern, soll in Zukunft ein möglichst genaues 3D Abbild des Benutzers erzeugt und in der virtuellen Realität dargestellt werden können. Hierzu ist, neben dem eigentlichen geometrischen Modell, auch die Farbverteilung von der Oberfläche des Benutzers (Haarfarbe, Farben der getragenen Kleidung, etc.) entscheidend.

Telepräsenzsystem
Scanner

Aufgabenstellung

Um eine möglichst gute Darstellung zu erreichen, soll in einem ersten Schritt, im Rahmen dieses Praktikums, die Farbverteilung von einfachen Objekten, dessen Formen vorab bekannt sind, (z.B. eine Kugel oder ein Rechteck) bestimmt werden. Hierfür soll zunächst von einem solchen Objekt ein 3D Modell am Rechner erstellen werden. Anschließend soll von diesem Objekt eine farbige 3D Punktwolke Mithilfe eines 3D Punktwolkenscanners, aufgebaut aus 8 Microsoft Kinect Kameras, erzeugt werden. Auf Basis dieser verrauschten Farbpunktwolke soll dann die Farbverteilung auf dem Objekt, unter Berücksichtigung des vorhandenen Rauschens, bestimmt werden, indem die Farben, auf geeignete Weise, auf die Oberfläche des 3D Modells projiziert werden.

Projekt 2: Tracking in der Schüttgutsortierung

Betreuer: Florian Pfaff

Trennung zweier Klassen von Teilchen mittels Druckluft

Einleitung

Bei sogenannten optischen Bandsortieranlagen werden Teilchen auf Basis visueller Eigenschaften klassifiziert. Bei der Anlage, so wie sie vom Fraunhofer IOSB verkauft wird, werden durch richtiges Timing und gezieltes Aktivieren von Druckluftdüsen eine Klasse der Teilchen „ausgeblasen“, um so die beiden Klassen voneinander zu trennen. Nun ist es aber aufgrund Verzögerungen nicht möglich, die Klassifikation und das Ausblasen gleichzeitig zu vollziehen. Deshalb muss die Position der Teilchen nach ihrer Klassifikation prädiziert (vorhergesagt) werden. Im derzeitigen Produktivsystem wird hierfür eine lineare Bewegung geradeaus angenommen.

Abweichung bei Annahme von Bewegung in Bandrichtung

Diese Vorhersage benutzt jedoch die stark vereinfachte Annahme, dass sich alle Teilchen in derselben Geschwindigkeit in Bandrichtung bewegen. Um diese Vereinfachung, die – je nach Schüttgut – zu signifikanten Fehlern führen kann, loszuwerden, sollen die Teilchen getrackt werden. Da sich zu jedem Zeitpunkt mehrere Teilchen auf dem Band befinden, müssen sogenannte Multi-Target-Tracking-Verfahren angewandt werden.

Aufgabenstellung

Eure Aufgabe ist es, eine funktionstüchtige Referenzimplementierung in Matlab, die ein bestimmtes Multi-Target-Tracking-Verfahrens in Matlab umsetzt, dahingehend zu erweitern, dass das Verfahren ausgetauscht und mit anderen Verfahren verglichen werden kann. Falls von den Teilnehmern gewünscht, ist ebenfalls eine komplette Neuentwicklung, auch in einer anderen Programmiersprache, denkbar.

Hierbei steht die simulative Evaluation auf Basis realer Daten im Vordergrund: Das Fraunhofer IOSB hat mittels einer Kamera reale Durchläufe gefilmt. Mittels Bildverarbeitung wurden die Mittelpunkte aller Teilchen, die in einem Zeitschritt in dem Bild zu sehen sind, ermittelt. Basierend darauf schätzt das Multi-Target-Tracking-Verfahren die Bewegung der Teilchen. An das Ende der Tracking-Phase, während der die Teilchen beobachtet werden können, schließt sich – wie auch schon beim alten System – eine Prädiktionsphase an. In der Prädiktionsphase wird die Bewegung des Teilchens nun auf Basis dieses besseren Bewegungsmodells vorhersagt.

Was wird vom Lehrstuhl ISAS zur Verfügung gestellt?

  • Eine lauffähige Referenzimplementierung in Matlab
  • Alle notwendigen Informationen zu Multi-Target-Tracking-Verfahren
  • Informationen zum Experimentalsystem und Zugang zu allen Experimentaldaten
  • Fachlich kompetente Beratung und Hilfestellung

Projekt 3: Medienkunst in Unreal Engine 4

Partner

Betreuer: Florian Faion, Antonio Zea, Jesús Muñoz Morcillo (jesus.morcillo@kit.edu)

Einleitung

Im Rahmen des Projekts e-Installation werden Medienkunst-Installationen in Zusammenarbeit mit Kunstwissenschaftlern des ZAK | Zentrum für Angewandte Kulturwissenschaft und Studium Generale digitalisiert und telepräsent "reinszeniert". Um zukünftig eine teilweise Automatisierung der Digitalisierung, sowie eine verbesserte Darstellung zu ermöglichen, wird das Telepräsenzsystem des ISAS derzeit auf die Unreal Engine 4 umgerüstet.

Aufgabenstellung

Die Aufgabe in diesem Praktikum besteht darin, anhand von Beispielen komplexe Elemente von Kunstwerken zu implementieren und deren Modularisierbarkeit zu untersuchen. Das Ziel dabei ist, Templates (Blueprints) mit bestimmter Funktionalität zu erstellen, die dann gezielt bei der Digitalisierung anderer Kunstwerke angepasst und wiederverwendet werden können. Dazu gehören beispielsweise virtuelle Fernseher, Projektoren oder Lautsperecher, die Mediendateien abspielen, Flüssigkeiten, Glasscheiben, Stoffe, Ventilatoren, Kerzen, Tritt-Schalter, Bewegungsmelder, etc... Konkret wird euch eine Liste von Kunstwerken bereitgestellt, deren Funktionalität ihr zunächst charakterisieren und anschließend Templates für ausgesuchte Elemente erstellen und anpassen sollt. Zur Evaluierung sollen die digitalen Elemente mit deren echten Pendants im ZKM | Zentrum für Kunst und Medientechnologie Karlsruhe qualitativ verglichen werden.

Telepräsentes Erleben einer digitalisierten Medienkunst-Installation. Kunstmotiv: Tischtänzer (1988-1993), Stephan von Huene.

Das Projekt besteht somit aus folgenden Arbeitspaketen:

  • Untersuchung und Charakterisierung der Funktionalität von gegebenen Medienkunstinstallationen
  • Erstellung und Anpassung von Templates für ausgesuchte Elemente in der Unreal Engine 4
  • Evaluierung im ZKM


Projekt 4: ISAS-Crawler

Betreuer: Christof Chlebek

ISAS Experimentalplattform mit Miniatur-Laufrobotern

Einleitung

Bereits seit mehreren Jahren betreiben wir am ISAS eine kameragestützte Experimentalplattform zur Evaluation verschiedener Algorithmen. Das Herzstück der Plattform sind unsere Miniatur-Laufroboter, die ISAS-Crawler, welche sich nun schon in der dritten Generation befinden und ständig weiterentwickelt und optimiert werden. Die Crawler werden in unterschiedlichsten Szenarien eingesetzt und dienen dabei beispielsweise als mobile Sensoreinheiten, zu regelnde Aktuatoren oder Agenten in spieletheoretischen Ansätzen. Momentan kommen zur Steuerung der Servomotoren ein MSP430 und für die Kommunikation ein XBee Modul zum Einsatz.

Aufgabenstellung

Sowohl die geringe Rechenkapazität des MSP430, als auch die sehr speziellen Anforderungen und geringe Verbreitung von Xbee stellen starke Einschränkungen der Crawler dar. In dem Praktikum geht es darum den Crawler in die vierte Generation zu schicken und Steuerung durch das Carambola 2 Evaluation-Board mit integriertem WLAN umzusetzen. Zur Steuerung sollt ihr, neben dem vorhandenen Matlab Interface, auch eine App für Android implementieren und aufgenommene Sensordaten übertragen und visualisieren. Zusätzlich zum sehr praktisch-orientierten Teil, soll der Crawler auch seine relative Position über eine IMU bestimmen und laufend verfolgen können und Punkte gezielt ansteuern können.

Da die Crawler beispielsweise als Vorführobjekt in der Vorlesung genutzt werden, ist es besonders wichtig ohne Vorwissen den Crawler intuitiv bedienen zu können. Da im Folgesemester weiter auf euren Arbeiten aufgebaut werden soll, steht eine gute Dokumentation und die Weiterverwendbarkeit an oberster Stelle.

Vorarbeiten

„Komplett neuer Elektronik? Oh Gott! D.h. nur Bastelei?!“

Nein, keine Angst. Es ist natürlich Arbeit direkt an der Hardware dabei, aber ihr greift auf umfangreiche Vorarbeiten zurück und bekommt zu jeder Zeit des Praktikums reichlich Unterstützung von unseren technischen Mitarbeitern. In einer sehr gut dokumentierten Arbeit aus dem vorhergehenden Semester wurde bereits das Carambola-Board auf den Crawlern verwendet, allerdings als eigenständige Sensoreinheit. Es stehen euch damit bereits das Datenauslesen der IMU und eine gute Hilfe für den Einstieg und Umgang mit dem Carambola zur Verfügung.


Veranschaulichung der Teilziele

Anrechenbarkeit

Vertiefungsgebiete

  • Theoretische Grundlagen
  • Robotik und Automation
  • Anthropomatik
  • Kognitive Systeme

Diplomstudiengang

Für die erbrachte Leistung wird entweder

  • ein benoteter Praktikumsschein vergeben

oder es besteht die Möglichkeit, das Praktikum (inkl. der zugehörigen Vorlesung)

  • als 4 SWS-Anteil in eine Vertiefungsfachprüfung einzubringen. Dabei sind diese Hinweise zu beachten:
    • Bei der Einbringung des Praktikums in eine Vertiefungsfachprüfung wird die Note für das Praktikum nicht bekannt gegeben.
    • Das Praktikum kann mit 4 SWS in die Vertiefungsfachprüfung eingebracht werden. Die Regelung, dass ein Praktikum nur mit 2 SWS angerechnet werden kann, greift hier nicht, weil das Praktikum auch die zugehörige Vorlesung mit 2 SWS enthält.
    • Um das Praktikum in die Vertiefungsfachprüfung einzubringen, ist es nicht erforderlich, weitere Vorlesungen des ISAS zu prüfen, da mit der integrierten formalen Vorlesung bereits eine Vorlesung des ISAS enthalten ist.
    • Wird das Praktikum in die Vertiefungsfachprüfung eingebracht, so wird das Praktikum im Rahmen der mündlichen Prüfung nicht noch einmal geprüft. Es werden also keine Fragen zum Praktikum gestellt, sondern nur die Note das Praktikums in die Note der Prüfung einbezogen.

Master- und Bachelorstudiengang

Die erbrachte Leistung wird mit 8 LP angerechnet.

Seminar zum Praktikum

Optional kann im Rahmen des Praktikums zusätzlich ein Seminarschein erworben werden.

Hierzu muss vertiefend zu dem bearbeiteten Praktikumsprojekt

  • ein eigenständiger Vortrag gehalten werden und
  • eine Seminar-Ausarbeitung erstellt werden.

Das Thema ist individuell mit dem betreuenden Mitarbeiter abzusprechen. Eine Teilnahme am Seminar ist nur in Kombination mit dem Praktikum möglich.

Termin und Ort

Die Einführungsveranstaltung findet am Fr. 24.10.2014 um 14:00 Uhr in Raum 148, Gebäude 50.20, statt.

Weitere Termine:

  • Projektvorstellung: Fr. 31.10.2014 ab 14:00 in Raum 148, Gebäude 50.20
  • Zwischenpräsentation: Di. 9.12.2014 ab 14:00 in Raum 148, Gebäude 50.20
  • Endpräsentation: Mi. 11.2.2015 ab 9:45 im Pavillon, Gebäude 50.22

Anmeldung

  • Die Anmeldung erfolgt per E-mail an Gerhard Kurz. Für die Anmeldung sind folgende Informationen erforderlich:
    • Name, Vorname
    • E-Mail-Adresse
    • Matrikelnummer
    • Studiengang und Typ (Bachelor/Master/Diplom)
    • Semester
    • gewünschtes Projekt
  • Jeder Student wählt bei der Anmeldung in einer Liste sein Wunschthema aus. Sollten alle Themen vergeben sein, gibt es für jedes Projekt Nachrückplätze.
  • Bei der Einführungsveranstaltung wird der Ablauf des Praktikums erläutert. Es müssen alle angemeldeten Studenten anwesend sein. Die Projekte, die nicht vergeben wurden, werden an diesem Termin nicht angemeldeten Studenten angeboten.

Koordination: Gerhard Kurz

Vorlagen für Vorträge und Ausarbeitung


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